Статті КСЯСМ (ДМетІ)

Permanent URI for this collectionhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/14638

Browse

Now showing 1 - 4 of 4

Аналіз ефективності заміщення природного газу біомасою в процесі обпалу залізорудних окатишів
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Бойко, Максим Миколайович; Єфіменко, В. В.; Махоркіна, Т. А.; Полякова, Наталія Володимирівна; Журавльова, Світлана Валеріївна; Колеснікова, Т. М.
UKR: Мета: Однією з найважливіших задач у металургійній галузі є зниження залежності від природного газу, який використовується в процесах випалювання залізорудних окатишів. Висока вартість і нестабільність поставок природного газу мають значний вплив на економіку та екологію, особливо в умовах прагнення до зменшення викидів CO2 та інших шкідливих речовин. Заміщення природного газу біопаливом, таким як лігноцелюлозна біомаса, може стати ефективним рішенням, що дозволить знизити споживання викопного палива та поліпшити екологічні показники виробництва. Основною метою даного дослідження є розробка та оптимізація методу використання біопалива в процесі випалювання залізорудних окатишів, що дозволить досягти необхідного рівня температурного режиму, зберігаючи при цьому високу якість продукції та мінімізуючи негативний вплив на навколишнє середовище. Методика: Теоретичне та експериментальне обґрунтування можливості заміщення природного газу біопаливом в процесі обпалу залізорудних окатишів проведено за допомогою розрахункових формул, взятих з відповідної літератури, а також з використанням веб-додатку для моделювання та аналізу результатів. Результати: Застосування біопалива для заміщення природного газу в процесі обпалювання залізорудних окатишів виявило кілька важливих аспектів. Введення частинок біомаси в потік газу дозволило частково замінити природний газ без суттєвого впливу на тепловий режим обпалювальної машини через те, що продукти згоряння біомаси, а також стехіометричний об'єм повітря, необхідного для повного згоряння біомаси мають менший об'єм порівняно з продуктами згоряння та стехіометричним об'ємом повітря для спалювання газу. Це дозволяє нівелювати низьку теплоту згорання біомаси. За результатами розрахунків і враховуючи реальний досвід заміни природного газу лушпинням соняшника пропонується на кожні 10% об. заміщенного природного газу спалювати 0,2 кг лушпиння соняшника, 0,125 кг деревного вугілля, 0,22 кг тирси і 0,25 кг соломи. Також було розраховано час згорання частинки палива рослинного походження залежно від її початкового діаметру. Вирішальний фактор що визначає час згоряння частинки є вміст летючих речовин, що в свою чергу визначає кількість коксового залишку частинки. Горіння коксового залишку частинки є найдовшою стадією у загальному часі згоряння частинки. Отримані результати швидкості згоряння, від найвищої: солома, лушпиння соняшнику, дерево, деревне вугілля. Це означає, що солома, як паливо що має найвищу швидкість згоряння, може мати найбільший розмір частинок, що будуть задовільняти технологічним вимогам використання такого виду палива у пальнику обпалювальної машини. Наукова новизна. Встановлено, що продукти згоряння біомаси мають менший об’єм, що дозволяє компенсувати її нижчу теплотворну здатність і мінімізувати вплив на тепловий режим обпалювальної машини. Запропоновано оптимальні співвідношення біомаси для заміщення кожних 10% об’єму природного газу, що включає лушпиння соняшника, деревне вугілля, тирсу і солому. Також, на основі розрахунків часу згоряння частинок біопалива, було встановлено, що солома має найвищу швидкість згоряння, що дозволяє використовувати її з більшим розміром частинок у пальнику обпалювальної машини, задовольняючи технологічні вимоги. Практична значущість. Проведені в роботі розрахунки дозволяють замістити від 40 до 60 об.% природного газу різними типами палива рослинного походження, а також дозволяють оцінити необхідний гранулометричний склад палива для використання в процесі обпалу окатишів.
Дослідження впливу біоматеріалів на процес спікання залізорудних матеріалів та якість агломерату
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Ягольник, Максим Вікторович; Бойко, Максим Миколайович; Фурсов, М. О.; Єфіменко, В. В.; Полякова, Наталія Володимирівна; Журавльова, Світлана Валеріївна
UKR: Мета. Основне надходження енергії на агломераційних процес відбувається за рахунок спалювання коксового дріб’язку, який забезпечує близько 78 % енергії, яка споживається в процесі агломерації. Спалювання коксового дріб’язку в агломераційному процесі також є основним джерелом забруднюючих речовин, таких як NOx і SOx. Енергія біомаси вважається перспективною заміною коксового дріб’язку в агломерації, по-перше, через її відновлюваність, а по-друге, через нижчий вміст S і N. Для зменшення впливу типу біомаси на властивості агломераційного палива, спрощення технології використання біомаси при агломерації можливо виробництво коксового дріб’язку з додаванням в шихту частки біоматеріалів. Метою роботи було визначення впливу на показники агломераційного процесу та якість агломерату заміни частки твердого палива біоматеріалами, які попередньо проходили підготовку. Методика. Для дослідження в якості твердого палива використовували промисловий коксовий дріб’язок та коксовий дріб’язок, отриманий при температурі піролізу 850-1100 °С з додаванням 5 - 45 % біоматеріалів. Експерименти проводили на агломераційній установці, яка використовувалася спікання шихти з контролем параметрів процесу. Попередньо шихту огрудковували у змішувачі-грануляторі барабанного типу. Після випробувань оцінювали питому продуктивність агломераційної установки, швидкість спікання, а також властивості агломерату. Результати. Представлені результати дослідження показали, що при використанні коксового дріб’язку, отриманого при температурі 1100 °С з добавкою 5 % біоматеріалів, показники агломераційного процесу та якості продукту відповідають таким, що є при використанні промислового коксу. При використанні коксового дріб’язку, отриманого при температурі 850 °С з добавкою 15 % біоматеріалів спостерігається незначні зміни в параметрах процесу відносно базової технології. Застосування коксового дріб’язку, отриманого з використанням понад 15 % біоматеріалів, викликає зниження продуктивності агломераційної установки та міцності отриманого агломерату. Максимальне падіння спостерігається при використанні коксового дріб’язку з температурою піролізу 850 ° С та вмістом біоматеріалів 45%. Наукова новизна. Встановлено механізм впливу коксового дріб’язку з додаванням біоматеріалів на формування високотемпературних зон в процесі агломерації та кінцевої структури агломерату. Практична значущість. Рекомендується застосування в якості агломераційного палива коксового дріб’язку, отриманого при температурі піролізу 850 °С і вмісті біоматеріалів 15 %. При цьому показники агломераційного процесу та якість агломерату зберігаються на базовому рівню. Застосування коксового дріб’язку, отриманого при температурі піролізу 850 °С дозволить знизити енерговитрати на виробництво палива та зменшить загальний екологічний вплив агломераційного виробництва на довкілля.
Дослідження впливу різних видів біопалив на міцність сирих гранул при виробництві залізорудних окатишів
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Бойко, Максим Миколайович; Єфіменко, В. В.; Журавльова, Світлана Валеріївна; Полякова, Наталія Володимирівна; Подушко, К. А.; Круглов, А. М.
UKR: Мета. Одним зі шляхів зниження викидів СО2 при виробництві окускованої залізорудної сировини є використання біопалив, які також дозволяють зекономити більш дороге викопне паливо. Особливо економічний ефект досягається при використанні біопалив при обпалі окатишів, що дозволяє зменшити витрату природного газу. Окатиші з додаванням біопалива повинні відповідати мінімальним вимогам до механічної міцності в вологому та сухому стані для можливості подальшої термічної обробки, а в обпаленому сталі - для можливості використання доменної печі. В роботі розглянуто особливості застосування біопалив в якості твердого палива в шихті для виробництва окатишів. Метою даного дослідження є встановлення можливості використання лушпиння соняшнику, пшеничної соломи, деревини та деревного вугілля у якості твердого палива в шихті окатишів, а саме визначення впливу додавання біопалив на міцність сирих та сухих окатишів. Методика. Для дослідження було обрано чотири види палива рослинного походження: лушпиння соняшника, пшенична солома, деревина, а також деревне вугілля. Для дослідження можливості використання палив рослинного походження при обпалі окатишів була підготовлена шихта наступного складу: залізорудний концентрат, бентоніт, а також один із чотирьох видів палива рослинного походження що досліджується. Витрата кожного з біопалив складала від 0 до 1 %. Для зменшення впливу форми, розмірів та умов формування з кожного з отриманих зразків шихти були сформовані брикети циліндричної форми однакових розмірів. Формування брикетів проводили на гідравлічному пресі з зусиллям, яке відповідає огрудкуванню окатишів на промислових огрудкувачах. Результати. Встановлено, що при додаванні соломи відбувається значне зниження міцності окатишів, яке можна пояснити тим, що пшенична солома має високу концентрацію гідрофобних восків на своїй поверхні. Ці воски утворюють гідрофобний шар, що складається з кутинового покриття та воскових частинок. Гідрофобні воски створюють межі між частинками соломи, що призводить до зниження міцності окатишів. Найкращі показники міцності сирих та сухих окатишів досягнуті при додаванні лушпиння соняшнику. При аналізі властивостей лушпиння соняшнику можна помітити що лушпиння соняшнику має нижчий вміст лігніну порівняно з деревними видами біомаси. Лігнін забезпечує гідрофобну поверхню, яка перешкоджають взаємодії вологи з целюлозою. Натомість вміст целюлози та геміцелюлози у лушпинні соняшнику загалом може перевищувати 80 %. Целюлоза та геміцелюлоза містять значну кількість гідроксильних OH груп, які є гідрофільними групами і можуть підвищувати водоутримувальну здатність сирих окатишів. Деревинне вугілля має основним компонентом свого складу вуглець, тому як і кокс та кам’яне вугілля, воно, у порівнянні з залізорудними матеріалами, гірше змочується водою та знижує міцність сирих окатишів. Наукова новизна. Встановлено механізм впливу різних видів біоматеріалів на міцність сирих окатиші. Визначено зв'язок між складом поверхневих шарів біопалива та можливістю його застосування при огрудкуанні залізорудних окатишів. Практична значущість. З отриманих в роботі результатів визначено, що в якості палива при обпалі окатишів в кількості до 0,5% можливе використання лушпиння соняшнику, шляхом введення його в шихту для виробництва окатишів. Використання інших видів біопалив, з розглянутих у дослідженні, потребує їх попередньої підготовки.
Контроль експлуатаційної стійкості валків гарячої прокатки з високохромистих чавунів та швидкорізальних сталей
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Полякова, Наталія Володимирівна; Бойко, Максим Миколайович; Журавльова, Світлана Валеріївна; Чеченєв, Володимир Андрійович; Іващенко, Валерій Петрович; Хричиков, Валерій Євгенович
UKR: Мета. Властивістю, що визначає якість матеріалів робочого шару прокатних валків вважається їх зносостійкістю. Однак в умовах гарячої прокатки на її стабільність можуть вплинути такі властивості як корозійна стійкість та термостійкість. Поширеними матеріалами для виконання прокатних валків гарячої прокатки є білий високохромистий чавун та швидкорізальна сталь, питанням термостійкості яких у сучасній літературі не приділено достатньо уваги. Метою роботи є контроль якості високохромистого чавуну та швидкорізальної сталі як матеріалів валків гарячої прокатки за рахунок оцінки їх термостійкості. Методика. Експериментальні зразки високохромистого чавуну марки ІЧХ16НМФТ та швидкорізальної сталі марок Р5М5 та Р6М5 були піддані термоциклуванню за режимом: 200 циклів нагрівання до 600°С та охолодження до 20°С. Після випробувань оцінювали зміни мікроструктури та мікротвердості структурних. Результати. Представлені результати дослідження схильності матеріалів, що застосовуються для виробництва прокатних валків, до руйнування, викликаного термічною втомою. Досліджено умови зародження та зростання тріщин термічної втоми у білому високохромистому чавуні, оцінені структурні зміни, що відбуваються при термоциклуванні. На поверхні зразків білого високохромистого чавуну у процесі випробувань було виявлено утворення макро- та мікротріщин термічної втоми. Мікротріщини проходять по евтектичних карбіду, значною мірою поширюючись на залишковий аустеніт, по межі розділу карбіду з продуктами розпаду аустеніту. На поверхні зразків швидкорізальної сталі в описаних умовах випробувань тріщиноутворення не спостерігалося. Внаслідок термоциклування білого високохромистого чавуну відбувається зниження мікротвердості металевої матриці, а мікротвердість евтектичного карбіду у порівнянні з вихідним литим станом збільшується. Мікротвердість структурних складових швидкорізальної сталі змінюється менш істотно. Наукова новизна. Встановлено механізм впливу термоциклуваня білого високохромистого чавуну та швидкорізальної сталі на зносостійкість робочого шару прокатних валків з цих матеріалів. Практична значущість. Відбувається зниження зносостійкості прокатних валків з робочим шаром з високохромистого чавуну в литому стані внаслідок термовтомного руйнування під час експлуатації в умовах гарячої прокатки. Підвищити термостійкість високохромистого чавуну ІЧХ16НМФТ можна, за рахунок застосування спеціальних методів термообробки, спрямованих на отримання бейнітної структури металевої матриці. Рекомендується враховувати показники термостійкості матеріалів прокатних валків гарячої прокатки як додатковий критерій контролю їх якості.