AP23485002 – «Кондициялық емес техногендік шикізатты қолдана отырып, кремнийлі ферроқорытпаларды балқыту технологиясын әзірлеу»

Жобаны әзірлеудің алғышарттары дәстүрлі көміртекті тотықсыздандырғыштардың – кокс пен жартылай кокстың жоғары құны, олардың ферроқорытпалар электротермиясына толық сәйкес келмеуі, сондай-ақ кремнийлі ферроқорытпалар балқытудың салыстырмалы төмен технологиялық көрсеткіштері болып табылады.

Дәстүр бойынша кремнийлі ферроқорытпалар балқыту үшін көміртекті тотықсыздандырғыш ретінде 10-25 мм фракциялы кокс немесе жартылай кокс, сондай-ақ аз көлемді қоспалар ретінде төмен күлді ұзын жалынды немесе газ көмірі қолданылады.

Кремнийлі ферроқорытпалар балқыту технологиясының тотықсыздандырғышына қойылатын ең маңызды талаптар: жоғары электр кедергісі, жоғары реакцияға түсу қабілеті және күлінің қолайлы құрамы.

Кокс бастапқыда шойынды домна пештерінде балқытуға арналған, онда ол көміртекті тотықсыздандырғыш ретінде, сондай-ақ оның жануы арқылы жылу көзі ретінде пайдаланылады. Сондықтан электр пештерінде кремнийлі ферроқорытпалар балқыту үшін кокс пен оның жоғары электр өткізгішке ие аналогтарын қолдану тиімсіз болып табылады. Дәстүрлі кокстың, жартылай кокстың және төмен күлді көмірдің бір бөлігінің негізгі кемшіліктеріне олардың төмен электр кедергісі (МЭК) жатады.

Ферросилиций балқытуға қатысты кокс пен жартылай кокстың МЭК төмен мәндері шикіқұрамның жоғарғы қабаттарын қыздыруға және сәйкесінше оның жентектелуіне және бөлінетін технологиялық газдарды шығарудағы қиындықтарға ықпал етеді. Электродтардың бату тереңдігі төмендейді. Газ түрінде кремнийдің жоғалуы артады.

МнС17 маркалы ферросиликомарганец балқытуға қатысты негізгі мәселе — соңғы қождың негізділігінің мәні (CaO + MgO)/SiO₂ 0,5-тен жоғары болған кезде кремний бөлінуінің төмендеуі. МнС17 маркасы үшін МЕСТ 4756-91 сәйкес кремний мөлшері 15-20% болуы керек. Шындығында, балқыту кезінде шамамен 30-40% қорытпа кремнийдің 15%-дан төмен мөлшерімен алынады, бұл оның тартымдылығын және сәйкесінше нарықтық құнын төмендетеді.

Бұл жобаны іске асырудың тағы бір факторы ферроқорытпа зауыттарында кремнеземді шикізат қалдықтарының, яғни 0-5 мм фракциялы кварцит ұнтақтары мен газ тазарту жүйесінің кремнеземді шаңдарының болуы. Атап айтқанда, ферросилиций балқыту кезінде шаңның шығымы балқытылатын қорытпаның 1 тоннасына 0,2-0,4 тоннаны құрауы мүмкін. Қазақстан Республикасы жағдайында құрғақ газ тазартқыштардың кремнеземді шаңы іс жүзінде әрі қарай өңдеу үшін қолданылмайды. Әдебиеттерде сипатталған құрылыс және басқа да салалар үшін кремнеземді шаңдарды қолданудың мүмкін нұсқалары әр түрлі себептерге байланысты, сондай-ақ оны қолданудың техникалық шарттарының болмауына байланысты іс жүзінде жүзеге асырылмайды. Сондықтан көму үшін шаңдарды жинау және шығару көп еңбекті қажет етеді. Үйінділерде шаңдарды сақтау оның ұшып кетуіне және барлық жақын аумаққа таралуына алып келеді.

Сондай-ақ, 0-5 мм кокстар мен жартылай кокстардың ұсақ фракциясы пеш колошнигінде жай ғана жанып кететіні және тотықсыздану процестеріне қатыспайтыны белгілі, сондықтан оларды қолданар алдында ұсақ фракциясы електен өткізіледі. Нәтижесінде ферроқорытпа зауыттарында көп мөлшерде қолданылуы шектеулі ұнтақтар жинақталады.

Сұранысқа ие емес шаң тәрізді көміртекті және кремнийлі шикізаттың көп мөлшерінің болуы, сондай-ақ кремнийлі ферроқорытпалар балқытудың технологиялық жоспарының мәселелері жобаны іске асырудың негізгі алғышарттары болып табылады.

1) Ержанов Алмас Сатыбалдыевич, философия докторы (PhD), қауымдастырылған профессор (доцент). Жоба жетекшісі.

Scopus ID: 56524559600

Researcher ID: AFL-9951-2022

https://orcid.org/0000-0002-8990-5919

2) Чекимбаев Аскар Фарзантович, техника ғылымдарының кандидаты. Жобаның тең жетекшісі.

Scopus ID: 6506357731

Researcher ID: EOB-4433-2022

https://orcid.org/0000-0002-4796-7935

3) Нурумгалиев Асылбек Хабадашевич, техника ғылымдарының докторы, профессор. Жоба орындаушысы.

Scopus ID: 10042501900

Researcher ID: DJP-4688-2022

https://orcid.org/0000-0002-8782-9975

4) Жүнісқалиев Талғат Тоқашұлы, философия докторы (PhD). Жоба орындаушысы.

Scopus ID: 57218196497

Researcher ID: AAG-6131-2021

https://orcid.org/0009-0002-1078-5959

5) Қуатбай Ербол Қуатбайұлы, философия докторы (PhD). Жоба орындаушысы.

Scopus ID: 57218196966

Researcher ID: ABE-5679-2021

https://orcid.org/0000-0002-8400-3537

6) Айткенов Нурбек Болатович, философия докторы (PhD). Жоба орындаушысы.

Scopus ID: 57210125321

Researcher ID: IBL-6200-2023

https://orcid.org/0000-0001-7495-6337

7) Мухамбеткалиев Азамат Болатович, техника ғылымдарының магистрі. Жоба орындаушысы.

Scopus ID: 57218196432

Researcher ID: DIJ-5079-2022

https://orcid.org/0000-0001-9163-1438

8) Мыңжасар Есмұрат Аманғалиұлы, философия докторы (PhD). Жоба орындаушысы.

Scopus ID: 58245045400

Researcher ID: AGN-2853-2022

https://orcid.org/0000-0002-4268-5664

9) Ахметов Бегзат Айткенович, техника ғылымдарының магистрі. Жоба орындаушысы.

Scopus ID: —

Researcher ID: —

Orcid: —

Ғылыми және (немесе) ғылыми-техникалық жобаларды іске асыру қорытындылары бойынша зерттеу тобы мүшелерінің кемінде 50% қатысуымен Web of Science базасының Science Citation Index Expanded индекстелетін және (немесе) Scopus базасында Сitescore бойынша процентилі 50 (елу) кем емес процентилі бар рецензияланатын ғылыми басылымдарда кемінде 3 (үш) мақала және (немесе) шолу, сондай-ақ ҒЖЖБССҚЕК ұсынған рецензияланатын шетелдік немесе отандық басылымдарда кемінде 2 (екі) мақала немесе шолу жарияланатын болады

Ғылыми зерттеулер нәтижелері бойынша шетелдік және (немесе) қазақстандық баспаларда монографиялар, кітаптар және (немесе) тараулар жариялау қарастырылмаған.

Алынған нәтижелерді қазақстандық немесе еуразиялық патенттік бюроларда патенттеу мүмкіндіктері қарастырылған.

Ғылыми зерттеулер нәтижелері бойынша компоненттердің әртүрлі қатынасында көміртекті композиттерді өндіру бойынша техникалық нұсқаулық және көміртекті композиттердің жаңа түрлерін қолдану арқылы ферросилиций мен ферросиликомарганец қорытпаларын балқыту бойынша технологиялық регламент әзірленетін болады.

Ғылыми зерттеулер нәтижелері коммерциялық өнім болып табылады және отандық ферроқорытпа зауыттарына енгізу үшін ұсынылатын болады. Жұмыстың негізгі нәтижелері халықаралық конференцияларда, сондай-ақ ҒЖЖБССҚЕК ұсынған рецензияланатын шетелдік немесе отандық басылымдарда жарияланатын болады, сондықтан ғалымдар қауымдастығы үшін қолжетімді болады.

Алынған нәтижелердің нысаналы тұтынушылары Қазақстанның («Қазхром» ТҰК» АҚ, «ТМЗ» ЖШС, «KSP Steel» ЖШС, «YDD» ЖШС және т.б.), алыс және жақын шетелдік ферроқорытпа зауыттары, сондай-ақ көмір өңдеу саласының мүдделі компаниялары болуы мүмкін.

Зерттеулер ферросилиций және ферросиликомарганец қорытпаларын балқытудың техника-экономикалық көрсеткіштерін арттыру тұрғысынан керемет жаңалық пен перспективаға ие. Бұл ретте көміртекті және кремнийлі шикізат қалдықтарын кәдеге жарату мәселесі шешілетін болады.

Ғылыми нәтижелердің қолданылуы мен коммерциялануы өте жоғары деңгейде болады. Тәжірибелі көміртекті композиттерді қолдана отырып, ферросилиций және ферросиликомарганец қорытпаларын балқытудың әзірленген технологиялары ферроқорытпа зауыттары мен кәсіпорындарының қызығушылығына ие болады.

Техногендік қалдықтарға жататын ұсақ фракциялы және шаң тәрізді көміртекті және кремнеземді шикізаттарды қайта өңдеуді жүзеге асыратын жаңа кәсіпорындарды іске қосу мүмкіндігі әлеуметтік және экономикалық әсер туғызады. Ферроқорытпа өнеркәсібінде әзірленген технологияларды қолдану кезінде күтілетін экономикалық тиімділік электр пештерінің өнімділігін арттыра отырып, өнімнің өзіндік құнын төмендетуден тұрады. Өнімнің өзіндік құнының төмендеуі дәстүрлі көміртекті тотықсыздандырғыштармен салыстырғанда көміртекті композиттердің төмен құнына байланысты болады. Өнімділіктің артуы көміртекті композиттердің қажетті электр-физикалық қасиеттеріне байланысты электр пештерінің қуаттылығының артуы салдарынан болады.

Ғылыми жобаны іске асыру және әзірленген технологияларды өнеркәсіпке енгізу кезіндегі экологиялық әсер техногендік көміртекті және кремнеземді қалдықтарды металлургиялық өңдеуге қайта тарту әдісімен кәдеге жаратудан тұратын болады. Сәйкесінше, ферроқорытпа зауыттарында және жақын аумақтарда экологиялық жүктеме азаяды.

Ғылыми-техникалық жоспарда көміртекті-минералды композициялық материалдарды дайындау және қолдану жөніндегі ғылыми база әзірленетін болады. Ғылыми жобаның ғылыми-техникалық тиімділігі «Цифрландыру, ғылым және инновациялар есебінен технологиялық серпіліс» ұлттық жобасына сәйкес келеді және Қазақстан Республикасының көмір өңдеу және ферроқорытпа кәсіпорындарын дамытуға бағытталған.

Тәжірибелі көміртекті композиттерді қолдана отырып, ферросилиций және ферросиликомарганец қорытпаларын балқытудың әзірленген технологияларын қолдану кезінде мультипликативті әсер электр пештері қондырғыларының қуаттылығын арттыру ғана емес, сонымен қатар кремнийді бөліп алуды жоғарылату және сәйкесінше балқытылатын өнімнің сапалық сипаттамаларын жоғарылату күтілуде.

Жобаны іске асыруда технологиялық процестерді термодинамикалық модельдеу үшін жаңа бағдарламалық кешен қолданылатын болады, бұл ферросилиций және ферросиликомарганец қорытпаларын балқыту технологияларын әзірлеу үшін қажетті эксперименттер санын айтарлықтай қысқартатын болады.

Термодинамикалық модельдеу тотықсыздандыру реакцияларының сапалық және сандық көрсеткіштерін, кремнийлі ферроқорытпаларды балқытудың жоғары температуралық жағдайында элементтердің металлургиялық фазалар бойынша бөлінуін болжауға, сондай-ақ кеңейтілген мәліметтер базасына ие жаңа бағдарламалық кешендерді қолдану негізінде маңызды технологиялық мәселелерді шешуде көп еңбекті қажет ететін эксперименттерді азайтуға мүмкіндік береді.

1. Ферроқорытпа зауыттарының техногендік қалдықтары – кокстың, тас көмірлердің, жартылай кокстың, кварциттің ұнтағы және құрғақ газ тазартудан шыққан кремнеземді шаңы зерттелді. Шикізаттың ұсақ фракциялық қалдықтарын кесектеудің ең оңтайлы тәсілі сұйық шынының сулы ерітінділерін байланыстырғыш ретінде қолдана отырып брикеттеу болып табылатыны анықталды. Тәжірибелік композиттердің көміртекті бөлігінің минералды бөлігіне оңтайлы қатынасы 70-75:30-25 құрайтыны, ал сұйық шыны ерітіндісінің қоспалары жалпы массаның 5-7% құрайтыны анықталды. Престеу қысымы 600-800 кг/см2. Бұл жағдайда тәжірибелік композиттердің ең жоғары беріктігі 120-160°C температурада мәжбүрлі кептіруден кейін байқалады. Композиттер құрамындағы көміртекті бөлігі жоғарылағанда электр кедергісінің төмендейтіні анықталды.

(Тамыз, 2024 г. – 15 қараша, 2024 г.)

2. 20-1200°С температура аралығында композиттердің меншікті электр кедергісін (МЭК) анықтау бойынша салыстырмалы зерттеулер жүргізілді. 800-1200°С аралығы үшін тәжірибелік композиттердің МЭК дәстүрлі кокстардың МЭК-нен 1,5-2,0 есе жоғары екендігі анықталды. Тәжірибелік брикеттердің суық беріктігі кремнеземді қоспаның натрий гидрототығымен (NaOH) реакциясының және Na2SiO3 торының түзілуіның есебінен қол жеткізілетіні анықталды. Тәжірибелік үлгілер резеңке таспаға 0,4-0,5 м биіктіктен 4-тен кем емес тастағанға шыдады. Кептіргеннен кейін брикеттер болат плитаға 2 метр биіктіктен 7-ден кем емес тастағанға шыдады. Ыстық беріктігі статикалық және динамикалық әсер ету кезінде 300, 500, 700, 900 және 1000°C температурада тексерілді. 1200°C температураға дейін брикеттердің бұзылмағаны анықталды.

(Тамыз, 2024 г. – 15 қараша, 2024 г.)

«Ферросилиций қорытпасын балқытуға арналған шикіқұрам» өнертабысқа өтінім Қазақстан Республикасының Зияткерлік меншік ұлттық институты «QazPatent»-те ресми сараптамадан сәтті өтті және оң қорытынды алды.

Алынған күні: 02.05.2025 ж., № 2025/0423.1.