автордың кітабын онлайн тегін оқу Развитие металлургии из комплексных руд. История металлургии
Анатолий Алексеевич Панычев
Развитие металлургии из комплексных руд
История металлургии
Шрифты предоставлены компанией «ПараТайп»
© Анатолий Алексеевич Панычев, 2025
Гражданам следует более активно применять потенциал недр.
Российская Федерация — страна с огромным потенциалом. На её территории сосредоточено более 35% мировых ресурсов и более 50% стратегического сырья. При этом каждый гражданин России оказывается в 3–5 раз богаче американца и в 10–15 раз богаче любого европейца.
По оценкам экспертов, только 5% доходов России обеспечивается за счёт труда, 20% — за счёт капитала, а 75% — за счёт природно-ресурсной ренты.
ISBN 978-5-0065-2791-1
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Оглавление
1
Анатолий Алексеевич Панычев
РАЗВИТИЯ МЕТАЛЛУРГИИ
ИЗ КОМПЛЕКСНЫХ РУД
СВЕРДЛОВСК –- 2025
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…4
ГЛАВА 1. НАЧАЛО ПРОИЗВОДСТВА……………………………….. 5
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ РУД ……………………….7
ГЛАВА 3. ОПЫТНЫЕ ПЛАВКИ ПРИРОДНОЛЕГИРОВАННОГО
ХРОМОНИКЕЛЕВОГО ЧУГУНА …80
3.1 Выплавка хромоникелевого чугуна в США в 1914 г. ……………..80
3.2 Выплавка хромоникелевого чугуна на
Ревдинском заводе в 1915—1916 гг. ……..…………………………80
3.3. Выплавка хромоникелевого чугуна на Верхне-Турьинском
заводе 1930—1931 гг. ………………………………………………..83
3.4. Выплавка хромоникелевого чугуна на заводе
«Свободный сокол» в 1932—1939 гг. ………………………………84
3.5. Выплавка хромоникелевого чугуна на
Косогорском заводе в 1933 г…………………………………………85
3.6. Выплавка хромоникелевого чугуна на Чернореченском
заводе в 1933 г. …………….……. …………………………………..86
3.7. Выплавка хромоникелевого чугуна
на Верхне-Уфалейском заводе в 1934 г. …………………….. ….87
3.8. Выплавка хромоникелевого чугуна на Нижне-Салдинском
заводе в 1940 г. …………………………………………………….91
ГЛАВА 4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ХРОМОНИКЕЛЕВОГО ЧУГУНА НА ОРСКО-ХАЛИЛОВСКОМ КОМБИНАТЕ (ОХМК (НЫНЕ АО «УРАЛЬСКАЯ СТАЛЬ») …………92
4.1 Общие сведения………………………………………………….92
4.2. Качество хромоникелевого чугуна …………………………………93
4.3 Работа доменных печей ОХМК при выплавке хромоникелевых
чугунов в 1955—1970 гг. …………………………………………….100
4.4.Процессы восстановления при проплавке сырой
Новокиевской руды……………………………………………………107
4.5. Шлаковый режим доменных печей ОХМК при выплавке
хромоникелевых чугунов…………………………………………..108
4.6.Работа доменной печи ОХМК при выплавке хромоникелевого
чугуна в 1973—1983 гг. ………………………………………………110
….
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………… 118
Список использованной литературы ……………………………………….122
ВВЕДЕНИЕ
Металлопродукция, полученная при выплаки из природнолегированных руд, имеет уникальные свойства, которые невозможно достичь при искусственной добавке в шихту ферросплавных примесей. Этот металл дал отличные результаты при использовании его в оборонной промышленности, мостостроении, производстве бесшовных труб большого диаметра, автотракторной, машиностроительной, станко-, дизеле- и паровозостроении, в химической промышленности. Также с большим успехом он использовался для производства изложниц и прокатных валков с закалённой поверхностью. Отливки из природнолегированного, титанохромоникелевого чугуна из халиловских руд обладают весьма высокими механическими качествами, отличаются специальными свойствами: большим сопротивлением истиранию, сопротивлением коррозии, щелоче- и кислотоупорностью, жароупорностю, высокой степенью обрабатываемости при повышенной твёрдости. Было установлено, что даже при подшихтовке природнолегированного халиловского чугуна в количестве 15—30% к обыкновенному стандартному чугуну отливки получаются с хорошей микроструктурой. Исследованием свойств, условиями шихтовки, плавки и использованием.
Отмеченные особенности природнолегированного Халиловского чугуна в короткий срок создали большой спрос на него со стороны различных отраслей промышленности.
Уникальность этих руд заключается в оптимальном соотношении легирующих элементов — никеля, кобальта, титана, ванадия, хрома, марганца и других, которые придают стали сверхпрочные свойства, необходимые для нефтегазовых труб большого диаметра, предназначенных для Севера, и мостостроения. Подобрать легирующие элементы в таком сУникальность этих руд заключается в оптимальном соотношении легирующих элементов — никеля, кобальта, титана, ванадия, хрома, марганца и других, которые придают стали сверхпрочные свойства, необходимые для нефтегазовых труб большого диаметра, предназначенных для Севера, и мостостроения. Подобрать легирующие элементы в таком соотношении искусственным путём не удаётсяоотношении искусственным путём не удаётся
Населению нужно интенсивнее использовать богатства недр. В России живет менее 3% населения планеты, а на ее территории сосредоточено 35% мировых ресурсов и более 50% стратегического сырья; при их суммарной оценке каждый гражданин России оказывается в 3 — 5 раз богаче американца и в 10 — 15 раз — любого европейца. Констатируется, что в национальном богатстве России минерально-сырьевая и топливно-энергетическая база по стоимости превосходит остальные компоненты не в разы, а в порядки; по оценкам специалистов лишь 5% доходов России составляет труд, 20% — капитал и 75% — природно-ресурсная рента. (По Академик РАСХН В. И. Кашина: «Природные ресурсы как часть национальные богатства России». )
ГЛАВА 1. НАЧАЛО РАЗВИТИЯ ОСОБЕННОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Первыми коллективами, которые начали заниматься исследовательскими работами по металлургической переработке природнолегированных руд, были Московский институт Стали и Ленинградский институт Металлов, которые в 1932—1939 годы ставили многочисленные опыты по плавки руд в лабораториях и заводских условиях.
На эти руды возлагались огромные надежды и считали, что с открытием их будет, в самое ближайшее время, разрешена проблема массового производства качественной стали.
Однако затем стало понятно, что освоение комплексных природно-легированных руд представляет собой сложную научно-техническую проблему.
Вначале основной упор в исследовательских работах был сделан на производство качественных сталей, а литейные чугуны долго оставались без всякого внимания. Но уже в 1934 году Халиловский чугун применялся в 3 литейных, а 1935 г. — в 30 литейных, в 1936 г.– в 80 литейных.
Опытные плавки производились на Липецком и Косогорском металлургических заводах.
Результаты исследовательских работ опубликованы в сборнике «Качественная металлургия Орско-Халиловского района». В этом сборнике помещены статьи инженера Б.Н.Преображенского «Рудная база Орско-Халиловского металлургического комбината», Н.И.Коробова «Перспективы доменного производства Халиловского металлургического комбината», профессора М.Е.Пильняка и инженера А.Е.Хлебникова «Мартеновский передел Халиловских чугунов».
В статье Н.И.Коробова отмечены особенности доменной плавки Халиловских руд, такие как малое содержание оснований в Халиловской руде требует добавки в шихту известняка, для использования пылеватых разностей необходимо применить агломерацию, по восстановимости латеритовые руды лучше оолитовых, высокое содержание глинозёма приводит к образованию больших количеств густого шлака, требующего большого перегрева, или добавки в доменную шихту разжижающих (доломитов, кварцевых песков).
В общей оценке Халиловских руд Н. И. Коробов указывает, что Халиловские руды лучше руд других известных подобных месторождений (например, Майями) по восстановимости и другим металлургическим свойствам. Шлак, получающийся при плавке руд, легко гранулируется и может быть использован в качестве строительного материала. По данным Н.И.Коробова качество Халиловских руд не вызывает сомнений в смысле их использования, условия доменной печи вполне нормальны, технико-экономические показатели можно считать установленными.
По мартеновскому переделу Халиловских руд в результате проведенных Московским институтом Стали и Сплавов научно-исследовательских работ было установлено, что мартеновский передел отличается своими особенностями и трудностями, а это повышает стоимость их передела, а также механические свойства Халиловских сталей на 25% выше обычных углеродистых, в силу чего они могут быть применены во всех отраслях машиностроения и промышленности.
После того как проведенными исследовательскими работами была установлена ценность Халиловских руд, преступили к проектированию завода. В 1938 г. были развернуты большие подготовительные работы: прокладка железнодорожной линии от станции Губерля Оренбургской железной дороги до Новокиевского месторождения, строительство электростанции, закладка карьеров, организация рудников.
Месторождения недостаточно разведанные были переданы в эксплуатацию, что привело к большим неудачам и неполадкам с чугунами, а в 1935 г. к полной консервации рудников.
Причиной этого послужило то, что чугуны, выплавленные из руд Орловского месторождения, оказались с весьма высоким содержанием хрома и от них отказались литейные почти всех заводов Союза. Металл, выплавленный в количестве нескольких тысяч тонн, был брошен в свалку. После этого интерес к халиловской проблеме пропал и проблема использования Халиловских руд была серьезно дискредитирована.
Для реализации изготовленного металла и широкого внедрения природно-легированных чугунов в промышленность было создано бюро «Чугунлегир». В период 1937—1938 годы. эта организация провела большую работу по изучению природно-легированных чугунов и внедрению их в промышленность.
Количество литейных, применяющих Халиловский чугун, быстро увеличивалось, в 1937 году –213 литейных в 1938 году — 254 литейных, природно-легированный чугун получил всеобщее признание.
Параллельно с работами металлургов (вернее, с небольшим отставанием) проводились научно-исследовательские работы центрального научно-исследовательского института цементной промышленности, в результате которых было установлено, что из шлаков, получаемых при доменной плавке Халиловских руд, может быть получен алюмосиликатный цемент — продукт, имеющий огромную ценность. Результатом этих исследований было решение о строительстве в г. Новотроицк цементного завода, через небольшое время воплощенное в жизнь.
В 1954 году началось полномасштабное строительство Новокиевского рудника под строящуюся первую доменную печь. Зимой 1955 года с рудника была отгружена первая партия железной руды и 5 марта 1955 года выплавлен первый чугун, давший рождение Орско-Халиловскому металлургическому комбинату.
С тех пор производство природно-легированной металлопродукции осуществлялось на икомбинате до 2000 года. Добыча и переработка её производилась на карьерах и дробильно-сортировочной фабрике Новокиевского рудника. Затем начиная с 1976 года дроблёная и сортированная руда подвергалась обжигу с окускованием во вращающихся трубчатых печах.
Максимальная производительность по добыче и переработке руды была достигнута в 1961 году в объёме 1536964 тонны. Всего за время работы комбината было переплавлено 19 млн. тонн хромо-никелевой железной руды.
Начиная с 1977 года потребность в природно-легированной хромоникелевой металлопродукции стала снижаться. Уже в 1978 году было выплавлено около 240 тыс тонн передельного и литейного хромоникелевого чугуна, а в 2000 году — 31 тыс. тонн.
В современных условиях мы несколько раз рассматривали вопрос целесообразности использования наших руд в металлургическом производстве.
Так, при изучении этого вопроса в феврале 2009 года было отмечено, что выплавка хромоникелевого чугуна в доменных печах сопровождается с большими расходными коэффициентами шихтовых материалов, топлива. Так расход рудной части на выплавку хромоникелевого чугуна возрастает до 2000кг/т и выше, расход кокса может составлять до 1200кг/т и более. Соответственно затраты на выплавку такого чугуна резко возрастают в сравнении с передельным чугуном. Расчёты показывают, что наибольшая эффективность выплавки хромоникелевого чугуна создаётся при условии неполной загрузки мощностей доменного цеха. В этом случае эффект при использованиихромоникелевого чугунана производство стали 14,1 млн.руб., при полной загрузке доменного цеха эффект от использования такого чугуна на производство стали отрицателен и составит -7,8 млн. т.
В варианте отгрузке чугуна на сторону при неполной загрузке доменного цеха эффект максимален и составит 33,4 млн. т. При полной загрузке доменного цеха эффект снижается до 11,5 млн.руб.
ГЛАВА 2
ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ РУД
В последнее время в связи с резким ростом цен на мировом рынке на никель, кобальт вновь внимание бизнеса и специалистов привлекают никельсодержащие руды, в том числе природно-легированные руды.
Группа месторождений включает Аккермановское, Новопетропавловское, Новогеоргиевское, Промежуточное, Малохалиловское, Орловское и Новотроицкое месторождения хром- и никельсодержащих железных руд, расположенных в пределах Гайского района и земель муниципального образования города Новотроицка Оренбургской области.
Руды Орско-Халиловской группы месторождений в настоящее время представляют значительный интерес для производства высокопрочного металла, используемого в мостостроении, судостроении, военной технике, а также изготовлении газовых труб большого диаметра в «северном исполнении».
Известно, чтовещественный состав, физико-механические и химические свойства руды в решающей степени определяют методы и технологическую схему её подготовки к металлургическому переделу. Природнолегированные руды Орско-Халиловской группы месторождений характеризуются весьма сложным вещественным составом и уникальными свойствами, тончайшим срастанием в них рудных и нерудных минералов и незначительной разницей в удельных весах между рудной и породной частями.
Формы нахождения химических элементов в Орско-Халиловских рудах имеют следующие отличительные особенности:
1 Широко распространены минералы переменного химического состава и индивидуализированные разности их имеют подчиненное значение, это обуславливается тем, что Орско-Халиловские руды состоят из тонкодисперсных, почти коллоидных частиц.
2 Количественное соотношение различных минералов подвержено значительным колебаниям, что обуславливает непостоянство химического состава руд. В частности, соотношение хлоритов и гидроокислов группы бурого железняка для разных участков толщи различно.
3 Руды испытывают значительные процессы превращения. Особое значение имеют процессы обохривания лептохлоритов, в результате чего образуются новые минералы.
Железо представлено в рудах минералами группы бурого железняка и лептохлоритов. Небольшое количество железа находится в форме магнетита и маггемита. Кроме этого, небольшая часть железа заключена в минералах группы хромшпинелид. Как магнетит и маггемит, так и хромшпинелиды образуют в руде мельчайшие включения, неравномерно распределенные по всей рудной толще. Наибольшее практическое значение имеет железо, заключенное в гидроокислах, которое обычно составляет 70—80% от общего количества железа. Только на Малохалиловском месторождении, где лептохлориты имеют наибольшее распространение, закисное железо лептохлоритов доходит до 50% от общего количества железа. Гидроокислы обычно образуют тонкодисперсные порошковатые массы, обладающие высокой пористостью.
Никель. Максимальные концентрации никеля приурочены к хлоритам, магнезиальным карбонатам и порошковатым охрам. Никелевые минералы встречены только в Аккермановском железорудном месторождении. Связь никеля с порошковатыми охрами и хлоритами указывает на то, что часть никеля находится в адсорбированной форме, а часть — в виде примеси к хлоритам, где она изоморфно замешает часть атомов магния.
Максимальные концентрации никеля приурочены к низам рудной толщи, но встречаются высокие содержания никеля и в верхних горизонтах конгломерато-оолитовых и оолитовых руд.
Кобальт. Концентрации кобальта связаны с марганцовистыми минералами типа псиломелан-вада (асбелан), максимальные концентрации (0,34%) приурочены к низам рудной толщи.
Хром большей частью заключен в хлоритах и минералах группы хромшпинелид переменного химического состава, которые представлены в руде мелкими реликтовыми включениями, имеющими неправильно угловатую форму. Поверхность хромитовых включений имеет мелкую трещиноватость. Часть хрома заключена в растворимых соединениях хрома, источником образования которых является первичный (остаточный) хромит. Размер хромитовых зерен различен, от сотых долей до 1,5 и 2 миллиметров (последние хорошо видны простым глазом в свежих штуфах руды). Это дает возможность на основании макроскопического изучения руд определить примерное содержание хрома в руде. Неравномерность в распределении хрома обуславливается характером распределения включений хромита и хромшпинелида.
Марганец. Преобладают землистые разности псиломеланвада. Обычно содержится в незначительных количествах (не более 2—3%). Образует включения и прожилки. В Аккермановском месторождении встречается высокое содержание марганца, в отдельных пробах достигающее 10—15%. Марганец представлен псиломеланвадом, пиролюзитом и полианитом.
Титан связан с магнетитом, часть которого относится к титаномагнетиту. Наибольшие концентрации титана (TiO2 до 2—5%) приурочены к верхним горизонтам рудной толщи (конгломерато-оолитовым и оолитовым).
Кремний один из наиболее важных элементов Халиловских руд, содержание которого достигает значительных величин. Кремний в составе руд занимает второе место (после железа). Формы нахождения кремния различны и поведение его при доменной плавке может резко меняться. Минералогически кремний может быть представлен в следующих формах: кварц, кремний, опал и халцедон; ортохлориты; лептохлориты; серпентит; нонтронит; неопределимые глинистые частицы; другие нерудные минералы, занимающие в составе руд второстепенное место (роговая обманка, эпидот, мусковит).
Наибольшее количество кремния Халиловских руд заключено в минералах кварца, кремния, опала и халцедона, которые в рудах представлены по-разному: в виде мелких включений, прожилков, щебенки, натечных форм, друз, жеод.
Часто в порошковатых рудах кремний представлен микроскопическими включениями
