Реєстраційний номер
0826U000223, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
11-03-2026
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Розробка технології одержання заліза твердофазним відновленням залізо-рудно-вугільних брикетів в умовах індукційного нагріву
Здобувач
Грек Олександр Сергійович,
Керівник Величко Олександр Григорович
Опонент Муравйова Ірина Геннадіївна
Опонент Кассім Дар'я Олександрівна
Рецензент Овчарук Анатолій Миколайович
Рецензент Мяновська Яна Валеріївна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Український державний університет науки і технологій
Опис
Спираючись на проведений аналіз літературних джерел запропоновано нову схему процесу твердофазного відновлення оксидів заліза та подальшого виробництва високоякісної сталі з первородної залізної руди в одному металургійному агрегаті – індукційній печі. Запропоновано новий склад брикетів що мають у своєму складі первинну залізорудну складову, вугілля та складову з металізованого заліза. Такі брикети є самовідновлювальними оскільки мають у своєму складі відновник у стехіометричному співвідношенні до кисню оксидів заліза рудної складової усього брикету та саморозігріваючими в умовах змінного електромагнітного поля оскільки містять у своєму складі металеву складову. У запропонованому брикеті виключаються обмеження що присутні у сучасних технологіях прямого відновлення.
Проведено аналіз механізмів нагріву металевих частинок у змінному електромагнітному полі, встановлено закономірності та граничні умови ефективного нагріву металевих часток сферичної форми в умовах індукційного впливу, розраховано параметри геометричних розмірів частинок та наведено залежності частки заліза в шихті від частоти змінного струму в індукторі індукційної печі для матеріалу окатишів DRI.
Встановлено що для індукційних печей середньої частоти змінного струму від 0,5 до 10 кГц є доцільним використання металізованих окатишів DRI з радіусом від 5 до 8 мм у якості нагрівача у складі залізо-рудно-вугільних брикетів.
Побудовано математичну модель та проведено чисельне моделювання процесу нагріву та відновлення оксидів заліза у складі рудно-вугільної суміші брикету сферичної форми із металевим ядром.
Дані моделювання показують, що свіже відновлене залізо буде утворювати нові зовнішні шари металевого ядра збільшуючи його діаметр та теплову потужність, це робить процес нагріву в такому брикеті автокаталітичним та вимагає зменшення теплової потужності індуктора печі через зміну або напруження магнітної індукції на 0-30% або частоти змінного струму на 0-50% від початкового значення.
На базі аналізу кінетичних даних результатів експериментальних досліджень, спираючись на положення фізики твердого тіла та теорії магнетизму, висунуто уявлення про механізм впливу змінного електромагнітного поля на швидкість твердофазного відновлення оксидів заліза газами та вуглецем: форсується зовнішньо- та внутрішньо-дифузійний газообмін у ході відновлення, що випливає з результатів окремих експериментів. Під впливом електромагнітного поля відбувається «розхитування» кристалічної решітки твердих реагентів, утворюються додаткові структурні дефекти, що своєю чергою послаблює зв'язки Fе–O, полегшуючи зародження нових фаз та розвиток реакційної дифузії. Сукупність зазначених ефектів призводить до диспергування твердих продуктів відновлення, утворення розвиненої мережі транспортних каналів і збільшення поверхні, доступної газам.
Виконано експериментальне дослідження процесів нагріву та твердофазного відновлення оксидів заліза вуглецем у сипучій дрібнодисперсній формі та у формі залізо-рудно-вугільного брикету. Доведено якісну можливість отримання відновленого заліза в індукційній печі в обох формах. Отримані експериментальні данні свідчать про вплив вмісту металевої складової у залізо-рудно-вугільному брикеті на швидкість нагріву та інтенсивність процесу твердофазного відновлення. Засвідчено зменшення температури початку реакцій відновлення оксидів заліза у присутності твердого вуглецю на 100-120°С в умовах зниження тиску у тиглі індукційної печі до 5·10⁻³–3·10⁻² мбар. Експериментально показана можливість проведення інтенсивного нагріву та твердофазного відновлення рудного матеріалу у складі залізо-рудно-вугільного брикету з металевим ядром маса якого складала 5-10% від загальної маси брикету.
Спираючись на експериментальні данні, результати аналітичних та математичних досліджень в роботі запропоновано ряд технологічних рішень для інтенсифікації існуючих процесів газового та карботермічного твердофазного відновлення оксидів заліза із застосуванням індукційного нагріву шихтових матеріалів, брикети для використання у таких рішеннях, технологічні схеми процесу виплавляння високоякісної сталі, який об’єднує твердофазне відновлення та розплавлення свіжовідновленного заліза, його легування та модифікування в індукційній печі.
Результати числових та експериментальних досліджень наведених у роботі свідчать про високий потенціал запропонованих технологічних рішень та процесів.
Ключові слова: екологія, викиди CO₂, губчасте залізо, газове відновлення, карботермічне відновлення, твердофазне відновлення оксидів заліза, окатиші, металізація, композитний рудно-вугільний брикет, залізорудна сировина, електромагнітне поле, електричний режим, руднотермічна індукційна піч, математична модель, теплопередача, газифікація вуглецю.
Дата реєстрації
2026-02-03
Додано/оновлено в НРАТ
2026-02-03 / 2026-04-09
