В 1978 году на базе Донецкой опытно-промышленной установки были проведены первые промышленные плавки по совместному вдуванию в горн доменной печи топливной смеси - пылеугольного топлива и шлаковой корки - марганец-фторсодержащих отходов трубосварочного производства. Эксперименты подтвердили возможность активного благоприятного воздействия топливной смеси на процессы в фурменных зонах и зоне первичного шлакообразования, что позволило существенно улучшить эффективность использования пылеугольного топлива, повысить производительность печи на 1,1 - 1,7%, снизить расход кокса на 6,1 - 26,9 кг на 1 тонну чугуна.
В 1982 - 85 гг. технология доменной плавки с вдуванием в горн доменной печи топливной смеси нашла дальнейшее развитие на базе первой в СССР промышленной установки приготовления и вдувания пылеугольного топлива в доменной печи №1 и 2 Донецкого металлургического завода.
Введение вместе с пылеугольным топливом негорючих добавок, то есть фактически повышение зольности вдуваемого топлива, может сопровождаться снижением основных показателей доменной плавки. Экономически эффективно вдувание в горн вместе с пылеугольным топливом извести, сопровождающееся соответствующим снижением массового расхода сырого известняка в шихту. Введение же в смесь других негорючих добавок сопровождается снижением теоретической температуры горения и производительности печи, повышением расхода кокса, увеличением степени прямого восстановления оксида железа и др.
На сегодняшний день технология пылеугольного вдувания топлива в доменную печь является передовой. В связи с низким качеством вдуваемых углей и их повышенной сернистостью возникает необходимость компенсации прихода серы в чугун. Существуют два основных направления:

1. Разработка методов внепечной десульфурации чугуна.
2. Совершенствование технологии пылеугольного вдувания.

Первому направлению на данный момент отвечает большинство технических проектов металлургических заводов, второе же нуждается в существенной доработке. Практика показывает, что применение процесса внедоменной десульфурации оправдано лишь в том случае, если имеют место результаты, получение которых либо невозможно в основном технологическом агрегате, либо связано с большими потерями его производительности и повышенным расходом материалов. На мой взгляд существуют пути снижения серы при выплавке чугуна в доменной печи без ощутимых потерь производительности.
На данном этапе рассматривается возможность увеличения серопоглотительной способности доменных шлаков с помощью вдувания пылевидных оксидных и фторидных соединений церия и алюминия.

Анализ возможности увеличения серопоглотительной способности доменного шлака.

Редкоземельные металлы (РЗМ) активно используются в черной и цветной металлургии. Поскольку моей специализацией является черная металлургия, то усилия я решил сосредоточить главным образом на выявлении путей использования редкоземельных металлов и их соединений в доменном производстве как десульфураторов. Подобный опыт уже накоплен в несколько другом аспекте, а именно во внепечной десульфурации чугуна в ковшах с применением продувочных и перемешивающих устройств. В процессе поиска решения поставленной задачи выяснилось, фториды РЗМ намного эффективнее в качестве десульфураторов, чем оксиды РЗМ. В связи с этим возникла идея провести термодинамический анализ доменной плавки с применением фторида алюминия как наиболее доступного фторидного сырья на Украине. Что касается сырья содержащего фториды РЗМ, то эти данные приводятся ниже.

Отходы промышленности содержащие РЗМ.

Оксиды церия встречаются в качестве отходов стекольной промышленности. Особое место оксиды РЗМ занимают в полировке стекла. Для полировки используется диоксид церия, который полирует стекло быстрее (в 2-3 раза) и лучше чем крокус. Отходом является утративший свои физические свойства абразивный порошок, который содержит ~ 75% Се2О3 и La2O3.
Фториды РЗМ содержатся в отходах обогащения аппатитов. К сожалению Украина не располагает запасами фторидов и на ее территории нет обогатительных фабрик по производству аппатитов. Однако на Кольском полуострове в России накоплен значительный запас этих отходов (Мурманская область).
В Запорожье при производстве чистого алюминия образуется фторид алюминия (AlF3), который является отходом цветной металлургии, а также при производстве суперфосфатов.

Термодинамический анализ.

На основе решения системы уравнений, описывающих систему металл-шлак, рассчитаны концентрации серы в чугуне, находящегося в равновесии с шлаком. Получено корреляционное выражение, описывающее зависимость равновесной концентрации серы в металле от концентрации оксида церия, фторида церия и фторида алюминия в шлаке, температуры расплавов. Расчет показал, что для обеспечения содержания церия в сплавах на основе железа, близкого к оптимальному (0,045 мас.% [Се]), и возможности наиболее полного его взаимодействия с серой, растворенной в металле, необходимо использовать шлаки СаF2-(10-50 мас.%) CeF3 и исходный металл с минимальным содержанием кислорода.
Для расчета межфазного распределения серы использовали разработанную в Донецком Национальном Техническом Университете компьютерную программу "ОРАКУЛ", основанную на модели равновесия системы металл - шлак.В общем виде модель системы металл - шлак состоит из двух блоков. В первый блок входит условие равновесия Гиббса в терминах химических потенциалов:

а во второй - уравнение материального баланса и условие электронейтральности:

где - индекс фазы; i - индекс компонента; При расчетах состава чугуна в системе "ОРАКУЛ" использовались следующие исходные данные:
1. температура 1300 С;
2. внешнее давление 1,5000 атм.;
3. точность расчета 0,1;
4. расчет вели с учетом газовой фазы с проверкой наличия графита по методу решения Ньютона;
5. температурная зависимость константы равновесия представлена зависимостью вида ln K = A/T + B;
6. активность в металле: субрегулярный; активность в шлаке: модель коллективизированных электронов с учетом структурного вклада компонентов.
В результате проведенного расчета получены теоретические данные по содержанию серы в чугуне в зависимости от содержания фторидов и оксидов церия и фторида алюминия в шихте.
На основании полученных данных построены графические зависимости с линиями тренда. Содержание серы в чугуне отслеживается вплоть до содержания вводимого соединения в шихте 5 %.

Дальнейшие усилия я намерен сосредоточить на проведении экспериментов по вдуванию данных добавок вместе с пылеугольным топливом, а также на углублении теоретической базы интенсификации процесса десульфурации в доменной технологии.