В НИТУ МИСИС усовершенствовали метод предсказания качества чугуна.

Несмотря на значимость изучения поведения тяжелых металлов в доменной плавке, на сегодняшний день не существует единой методологии. Проведенные исследования являются изолированными, каждое из которых выполнено по уникальной авторской методике.

Металлургическая система, формирующаяся в доменной печи, охватывает все виды сред и обладает сложными закономерностями массообменных процессов. Современная доменная плавка характеризуется высокой интенсивностью процессов в горне печи и сокращением времени взаимодействия чугуна и шлака. Введенный стандарт ГОСТ подчеркивает необходимость изучения поведения микроэлементов в металлургических процессах. Таким образом, разработка методологии анализа поведения тяжелых металлов в доменном процессе является одной из наиболее актуальных и научноемких задач современной металлургии черных металлов.

Традицию исследования микроэлементов заложил на кафедре руднотермических процессов (в настоящее время кафедра энергоэффективных и ресурсосберегающих промышленных технологий) НИТУ МИСИС ученый-металлург Анатолий Похвиснев. В 1980-х годах акцент был сделан на исследование поведения цинка, щелочных металлов и свинца в доменной плавке. Позже в Университете МИСИС начались регулярные исследования. Анализ металлургического сырья и продукции для условий центральной России выявил наличие до 40 элементов из таблицы Менделеева в концентрации 2–5 ppm и выше.

Введено понятие «элементопотока» – анализа перемещения элемента на протяжении всего производственного цикла, а затем – «глобального, жизненного цикла». Также проведены исследования на металлургических комбинатах «Северсталь», НЛМК, «Тулачермет», «НТМК», «Косогорский металлургический завод», «EKO-Stahl» (Германия), «Кардемир» (Турция), «Хадисолб» (Египет). В результате этих исследований установлено, что произведенные в России чугуны содержат от 20 до 28 примесных элементов в общем количестве от 0,55 до 1,6 кг/т чугуна.

Среди микропримесей выделяются циркулирующие, легирующие и композитные элементы. Проблема первых занимает особое место в современной черной металлургии. Элементы (медь, хром, никель, олово, молибден) постепенно накапливаются в готовом стальном продукте в процессе круговорота «сталь → металлолом → сталь». Микроэлементы, попадающие в доменную печь, распределяются между чугуном, шлаком, доменным газом, колошниковой пылью и шламом, и входят в состав образований, формирующихся в печи в процессе эксплуатации. Микроэлементы могут образовывать контуры циркуляции во внутреннем пространстве печи, а те, что попадают в шламы, накапливаются в цикле «доменная печь → шлам → агломерация → доменная печь».

В результате исследований выделены четыре группы микроэлементов. Элементы первой группы действуют аналогично шлакообразующим (алюминию, кальцию, магнию) и практически полностью переходят в оксидный расплав. Для стронция наблюдается накопление в шламе, для лантаноидов и бериллия – несоответствие баланса. Элементы второй группы распределяются между металлическим и шлаковым расплавом (аналогично марганцу или кремнию), в то время как ванадий, мышьяк и фосфор переходят в газовую фазу процесса. Элементы третьей группы почти полностью превращаются в чугун. При этом для никеля и галлия отмечается переход в газовую фазу. Четвертая группа характеризуется тем, что элементы приходят в доменную печь исключительно в составе «минеральной» части шихты и распределяются между чугуном и газовой фазой процесса.

Учет особенностей поведения микроэлементов позволяет прогнозировать качество выплавляемого чугуна, оценивать накопление примесей в цикле «доменная печь → шлам → агломерация → доменная печь» и влияние вредных микроэлементов, особенно тяжелых металлов, на окружающую среду.