В статье представлены результаты комплексного исследования, направленного на оптимизацию выпуска продуктов плавки на печах производства высокоуглеродистого феррохрома на основе применения методов вычислительной гидродинамики и промышленной апробации системы раздельного выпуска шлака и металла. Актуальность работы обусловлена высокой долей потерь металла со шлаком и нестабильностью процесса выпуска, что существенно снижает технико-экономические показатели ферросплавного производства. Исследование выполнено с использованием трёхуровневой методологии, включающей термодинамическое моделирование в программном комплексе HSC Chemistry, CFD-моделирование гидродинамики двухфазной системы в среде ANSYS Fluent, а также технико-экономическую оценку эффективности предлагаемых технических решений. На основе численных расчётов определены оптимальные геометрические параметры и взаимное расположение выпускных отверстий, обеспечивающие устойчивое разделение шлаковой и металлической фаз при выпуске. Разработанная система раздельного выпуска была внедрена и апробирована в промышленных условиях на действующем агрегате Актюбинского завода ферросплавов. Результаты опытно-промышленных испытаний показали существенное снижение потерь металла со шлаком — более чем в два раза, до уровня менее 4%, а также повышение извлечения хрома из рудного сырья на 2,89%. Дополнительно отмечено улучшение стабильности технологического режима и снижение колебаний химического состава продукции. Полученные результаты демонстрируют значительный экономический эффект (IRR ~97%, срок окупаемости менее 1,5 лет) и возможность тиражирования технологии на другие ферросплавные производства.

СЕРИКБАЕВ И.Б.

Заместитель начальника цеха №1, Актюбинский завод ферросплавов, г. Актобе, Казахстан

E-mail: ilfat02021990@gmail.com, https://orcid.org/0009-0006-6547-7565

1. Гасік М. І., Лякін Ю. Д. Теорія та технологія виробництва феросплавів: підручник. – Дніпропетровськ: НГУ, 2009. – 463 с.
2. Казаченок Н. М., Тимченко В. В. Гидродинамика и теплообмен при выпуске продуктов плавки из печей. – Новосибирск: Наука, 1992. – 184 с.
3. Рысс Ю. С. Производство ферросплавов: учеб. пособие. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1985. – 344 с.
4. Рощин В. Е., Рощин А. В. Электрометаллургия и металлургия ферросплавов. – Челябинск: ЮУрГУ, 2004. – 408 с.
5. Куликов И. С., Патрушев А. А. Теория и практика электроплавки ферросплавов. – М.: Металлургия, 1990. – 320 с.
6. Панфилов А. А. Процессы выпуска металла и шлака из руднотермических печей // Металлург. – 2018. – № 6. – с. 45–51.
7. Абишев К. А., Сулейменов Е. Н. Современные технологии производства феррохрома. – Алматы: Наука, 2015. – 276 с.
8. Roine A. HSC Chemistry® 9 [Software]. – Outotec, 2014.
9. ANSYS, Inc. ANSYS Fluent User’s Guide. – Release 2022 R2. – Canonsburg: ANSYS, 2022.
10. Panjkov A., Zhang L., Jönsson P. CFD modeling of multiphase flows in metallurgical processes: Challenges and applications // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2022. – Vol. 53B. – p. 1–25.
11. Schoukens A. F. S., et al. Capital and operating cost estimation for ferroalloy projects // Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. – 2021. – Vol. 121. – pp. 45–56.
12. Zhang H., Evans G. M. Modelling of slag–metal separation in metallurgical vessels // ISIJ International. – 2019. – Vol. 59, No. 3. – pp. 421–430.
13. Mills K. C. The influence of slag properties on furnace operations // Ironmaking & Steelmaking. – 2016. – Vol. 43, No. 2. – pp. 89–98.
14. Turkdogan E. T. Fundamentals of Steelmaking. – London: The Institute of Materials, 1996. – 331 p.
15. Szekely J., Evans J. W., Sohn H. Y. Gas–Solid Reactions. – New York: Academic Press, 1976. – 400 p.

феррохром, раздельный выпуск шлака и металла, CFD-моделирование, оптимизация выпуска, вычислительная гидродинамика, потерь металла, ресурсосберегающие технологии, промышленная апробация