Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2)

При десульфурации чугуна магнием и стали кальцием система пары десульфуратор-металл может приближаться к равновесию. Усвоение десульфуратора может быть рассчитано по модели внутреннего переноса Хэндлоса-Барона и внешнего − Данквертса в зависимости от конкретных гидродинамических условий эксперимента...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автор:	Охотский, В.Б.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2013
Назва видання:	Процессы литья
Теми:	Получение и обработка расплавов
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132905
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2) / В.Б. Охотский // Процессы литья. — 2013. — № 2. — С. 3-8. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-132905
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1329052018-05-16T03:02:41Z Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2) Охотский, В.Б. Получение и обработка расплавов При десульфурации чугуна магнием и стали кальцием система пары десульфуратор-металл может приближаться к равновесию. Усвоение десульфуратора может быть рассчитано по модели внутреннего переноса Хэндлоса-Барона и внешнего − Данквертса в зависимости от конкретных гидродинамических условий эксперимента. При десульфурації чавуну магнієм та сталі кальцієм система пари десульфуратор-метал може наближатися до рівноваги. Засвоєння десульфуратора може бути розраховано по моделі внутрішнього перенесення Хендолоса-Барона та зовнішнього – Данквертса в залежності від конкретних гідродинамічних умов експеримента. During desulphurization of cast iron by magnesium and desulphuration of steel by calcium the system desulphurizer-metal may attain equilibrium. The assimilation of desulphurizer can be estimated by the Handlos and Baron model of internal mass transfer and the Dankverts’ model of outer mass transfer. 2013 Article Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2) / В.Б. Охотский // Процессы литья. — 2013. — № 2. — С. 3-8. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132905 669.18 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Получение и обработка расплавов Получение и обработка расплавов
spellingShingle	Получение и обработка расплавов Получение и обработка расплавов Охотский, В.Б. Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2) Процессы литья
description	При десульфурации чугуна магнием и стали кальцием система пары десульфуратор-металл может приближаться к равновесию. Усвоение десульфуратора может быть рассчитано по модели внутреннего переноса Хэндлоса-Барона и внешнего − Данквертса в зависимости от конкретных гидродинамических условий эксперимента.
format	Article
author	Охотский, В.Б.
author_facet	Охотский, В.Б.
author_sort	Охотский, В.Б.
title	Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2)
title_short	Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2)
title_full	Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2)
title_fullStr	Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2)
title_full_unstemmed	Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2)
title_sort	парофазная десульфурация металла. усвоение реагента (сообщение 2)
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Получение и обработка расплавов
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132905
citation_txt	Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2) / В.Б. Охотский // Процессы литья. — 2013. — № 2. — С. 3-8. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT ohotskijvb parofaznaâdesulʹfuraciâmetallausvoeniereagentasoobŝenie2
first_indexed	2025-07-09T18:13:46Z
last_indexed	2025-07-09T18:13:46Z
_version_	1837194100940472320
fulltext	ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 3 ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА РАСПЛАВОВ УДК 669.18 В. Б. Охотский Государственая металлургичесая академия, Днепропетровск ПАРОФАЗНАЯ ДЕСУЛЬФУРАЦИЯ МЕТАЛЛА. УСВОЕНИЕ РЕАГЕНТА (Сообщение 2)* При десульфурации чугуна магнием и стали кальцием система пары десульфуратор-металл может приближаться к равновесию. Усвоение десульфуратора может быть рассчитано по модели внутреннего переноса Хэндлоса-Барона и внешнего − Данквертса в зависимости от конкретных гидродинамических условий эксперимента. Ключевые слова: десульфурация, магний, кальций, чугун, сталь. При десульфурації чавуну магнієм та сталі кальцієм система пари десульфуратор-метал може наближатися до рівноваги. Засвоєння десульфуратора може бути розраховано по моделі внутрішнього перенесення Хендолоса-Барона та зовнішнього – Данквертса в залежності від конкретних гідродинамічних умов експеримента. Ключові слова: десульфурація, магній, кальцій, чавун, сталь. During desulphurization of cast iron by magnesium and desulphuration of steel by calcium the system desulphurizer-metal may attain equilibrium. The assimilation of desulphurizer can be estimated by the Handlos and Baron model of internal mass transfer and the Dankverts’ model of outer mass transfer. Keywords: desulphurization, magnesium, calcium, cast iron, steel. Анализ гидродинамических процессов [1] позволяет рассмотреть механизм ус- воения магния и кальция при десульфурации чугуна и стали. Так как процессы теплообмена протекают со скоростью, которая на порядок больше величины пере- носа массы, последние, по-видимому, лимитируют усвоение реагента. Состояние вопроса Анализ литературных данных последнего времени показывает преобладание эмпирических выражений, связывающих показатели десульфурации с параметрами технологии, которые справедливы в пределах массива данных, обработкой которых получены. В то же время усвоение реагента априорно может быть определено с использованием положений массообмена. Сообщение 1. (Гидродинамика) опубликовано в журнале «Процессы литья». − 2013. − № 1. − С. 22-28. 4 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) Получение и обработка расплавов Термодинамика Значительная раскисляющая способность магния и кальция затрудняет опреде- ление констант равновесия. Для реакции Mg + S   (MgS) на рис.1, а приведены равновесная величина К1 = 1/ Mg  · S  [2] и полученные в различных условиях линии 1-4 [3-6], а также отдельные точки, в которых, по-видимому, достигается равновесие [7-8]. На рис. 1, б сопоставлены величина К2 = 1/ Са ·  S  [9] (линия I), равновесная для реакции Са  + S   (CaS), и отдельные ее значения, приведенные в работе [10] и полученные в экс- периментах (точки) [9, 11-12]. Разбег величин К 2 больше, чем К 1 из-за большей десульфурирующей способности и более низкой остаточной концентрации его и серы, что увеличивает возможную ошибку анализа. Учитывая изложенное, можно предположить, что магний при десульфурации чугуна и кальций – стали могут приближаться к равновесию. Это подтверждается, в частности, и при исследовании динамики десульфурации чугуна магнием [6] (рис. 2, а), когда после 3-минутной обработки его порошковой проволокой изменение величины К 1 шло по направлению к равновесной по линии I [1] и достигало ее на 12-й минуте. Это положение менее очевидно для динамики десульфурации стали а б Рис. 1. Термодинамика десульфурации металла магнием (а) и кальцием (б) К 1 105 104 5,6 6,0 6,4 6,8 104/т 1 4 2 3 I 103 107 105 106 103 5,2 5,4 5,6 104/т I K2 105 K1 2010 103 104 0 τ, мин I а б Рис. 2. Динамика десульфурации металла магнием (а) и кальцием (б) K2 105 τ, мин0 5 1284 I ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 5 Получение и обработка расплавов кальцием [13] (рис. 2, б) в силу причин, указанных выше. Тем не менее в первой по- ловине процесса величина К 2 изменяется вблизи равновесной линии I по [9] и во второй половине (пунктирная часть динамики) вновь пересекает ее. Массообмен Пузыри паров магния или кальция, образовавшиеся в результате гидродинами- ческих процессов по моделям [1], всплывают в металле и десульфурируют его при лимитировании массообмена внутренним переносом по модели Хэндлоса-Барона или внешним − по модели Данквертса [14]. Соответственно их размер изменяется от начального Dн до конечного D к по зависимостям υρD D k h RTuк н= - 2 / ;1v (1) υρD D D h M g7/4 7/4 9/4 1/2 1/4 к н 1 S S= - 2 S / 700 , (2) где υ – мольный объем газа; ρ v – давление паров; ku = 0,00375; R – универсальная газовая постоянная; Т 1 – температура металла, К; ρ 1 – плотность металла; h – глубина всплывания; DS – коэффициент молекулярной диффузии серы в металле; S - среднее содержание серы в металле; МS – мольная масса серы. Усвоение паров на десульфурацию составляет η v = 1 -(D к /D н )3. Величина, рассчи- танная по выражениям (1), рис. 3, а и (2) б для D н = D б (1) (линия I) и D н = D а (2) (линия II) [1], сопоставлена с фактической в эксперименте [7] при его окончании в условиях, когда конечное содержание серы в металле S к заметно превышало равновесное с растворенным магнием S (согласно рис. 1, а) или достигало равновесия. Можно отметить качественное и количественное сходство рассчитанных и фактических зависимостей, что подтверждает справедливость принятой модели процесса. При S к ≈ S* экспериментальные данные приближаются к линии I, а при S к ≈ S* – к линии II. Сравнение продолжительности дробления пузырей до размера D б и D a [1] показывает, что граничный между ними размер первичного пузыря составляет βσθη π β ρ σ3/4 3/2 1/2 3/4 3/2 3/4 1/4 1/45 1 1= 2 cos / a rDfrD C g (3) и при D > D fr дробление идет в режиме волн ускорения. 100 ηv 10-1 10-3 10-2 300 10 20 II I h, см ηк 101 10-1 10-3 10-5 10-3 10-2 10-1 100 hSср а б Рис. 3. Внутренний (а) и внешний (б) массообмен при продувке чугуна парами магния [5] 1,0 6 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) Получение и обработка расплавов Зависимости (1), (2) использовались для анализа промышленной парофазной десульфурации при обработке чугуна магнием (рис. 4, а, б) и стали кальцием (рис. 4, в, г) при лимитировании процесса внутренним (рис. 4, а, в) и внешним (рис. 4, б, г) переносами при D н = D б (линия I) и D н = D а (линия II). При вдувании десульфуратора использовалась указанная в источнике глубина погружения фурмы, а при вводе его порошковой проволокой (ПП) – глубина ковшо- вой ванны в предположении, что порошковый десульфуратор вступает в контакт с металлом в ее нижней точке. На первом этапе отечественной практики вдувания магния воздухом (линия 1а, рис. 4, а) величина η v была ниже, чем в дальнейшем (линия 4а), когда она выросла благодаря совершенствованию оборудования и технологии. Использование аргона на первом этапе освоения вдувания в отечественной и зарубежной практике (линия 4а) было менее эффективным, чем впоследствии в зарубежном производстве (линия 4а). Судя по положению линии 5а, описывающей зарубежный опыт десульфурации чугуна ПП, последняя разрушается, не достигая дна ковша. Тот факт, что аргумент на рис. 4, б учитывает содержание серы в чугуне, несколько изменил взаимное положение рассчитанных и экспериментальных зависимостей. При вдувании магния воздухом (линия 1б) величина η v меньше, чем при исполь- зовании аргона или азота (линия 2б) в отечественной, а тем более в зарубежной практике (линия 4б). Использование ПП в отечественной практике (линия 3б) более эффективно, чем в зарубежной (линия 5б), для которой в отдельных случаях (пунк- тирная часть линии 5б) разрушение ПП происходило раньше, чем она достигала дна ковша. ІІ 3б 4б 2б І 1б 5 б ηv 1,0 0,5 0 0 2 4 6 8 10 hS, см·% б в г Рис. 4. Внутренний (а, в) и внешний (б, г) массообмен промышленной десульфурации металла магнием (а, б) и кальцием (в, г) а ηv ІІ1,0 0,5 0 0 2 4 6 8 hS,см·% 5 г 5''г 1,0 0 0,5 ηv 1 2 3 4 4'а 1'а ІІ 5а І 1а 4а І h, м 1,0 0,5 0 5в 5‘е ηv 1 2 3 4 ΙΙ Ι h, м ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 7 Получение и обработка расплавов Десульфурация стали кальцием в предположении, что процесс лимитируется вну- тренним переносом (рис. 4, в), проходит в условиях, близких к описываемым линией I. При этом вдувание порошка (область 4в) менее эффективно, чем использование ПП (линия 5в), которое происходит практически в условиях, описываемых линией I. Еще более эффективно использование технологии Pfizer Inc (диапазон величин η v , обозначенный 5в), обеспечивая более высокий темп нарастания величины η v с увеличением аргумента. Как и на рис. 4, в, вдувание порошка менее эффективно, чем использование ПП, и обеспечивает степень использования кальция η v практи- чески в соответствии с зависимостью I. Судя по приведенным данным, увеличение глубины ввода десульфуратора не только увеличивает продолжительность парофазного взаимодействия с металлом, но и повышает вероятность получения пузырей меньшего размера в режиме волн ускорения. С увеличением K d коэффициент использования парофазного десуль- фуратора η v ПП как магния (линия 1а), так и кальция (линия 1б) уменьшается, а при вдувании магния воздухом (линия 2а) – растет (рис. 5). Очевидно, обра- зование пузырей от отдельных частиц более характерно для ПП и увеличения К d , вызывающее рост Dv, уменьшает η v . Образование же одного пузыря от массового потока частиц ускоряет его дробление до величины Dσ и Da и увеличивает вероятность их усвоения. Судя по положению одной точки при вдувании аргоном силикокальция и трех точек – магния, увеличение K d и в этом случае (линия 2б) вызывает рост величины ηv. Диспергирование капель металла в зоне взаимодействия вдуваемого десульфуратора с ванной [1] способ- ствует его усвоению. На рис. 6 показано изменение величины η v с увеличением отношения массовых расходов капель G к , определенного по [1], и реагента G. Для зарубежных данных усвоения сили- кокальция (линия 1) наблюдается рост η v . Отечественные данные об усвоении магния (линия 2) при большем значении отношения Gк/G располагаются выше. Выводы Проанализированы закономерности усвоения на десульфурацию металла магния и кальция. Модели внутреннего массообмена Хэндлоса-Барона и внешнего – Данк- вертса в первом приближении описывают многообразые случаи экспериментальных данных о десульфурации чугуна магнием и стали кальцием. ηv 10 0,5 0 0 50 100K 1 , % 2а 2б 1а 1б Рис. 5. Влияние величины K d на усвоение де- сульфуратора Рис. 6. Зависимость усвоения десульфуратора от величины отношения G к /G 10-1 5 100 Gк/Gd 100 10-1 10-2 2 1 ηv 8 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) Получение и обработка расплавов 1. Охотский В. Б. // Парофазная десульфурация металла. Гидродинамика //Процессы литья. − 2013. − № 1. − С. 22-28. 2. Marin c ek B. // Giesserei. − 1965. − № 4. − S. 56-59. 3. Воронова Н. А. Десульфурация чугуна магнием. – М.: Металлургия, 1980. – 240 с. 4. Cordier J., Chanssy J. P., Zhussion G. // Rev Met. − 1984. − № 3. − S. 201-212. 5. Хаастерт Г. П., Мелан Р., Симон Р. В. // Чер. металлургия. − 1985. − № 11. − С. 12-18. 6. Дюдкин Д. А., Гринберг С. Е., Маринцов С. Н. // Металлург. − 2001. − № 4. − С. 38-40. 7. Irons G. A., Guthrie R. I. L. // Met. Trans. −1981. − V. 12 B, № 4. − Р. 455-467. 8. Вергун А. С. // Металлургия и горноруд. пром-сть. − 2000. − № 3. − С. 19-22. 9. Гателье С., Гайе Г., Нарди М // Обработка стали кальцием. – Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1989. – С. 75-86. 10. Turkdogan E. T. // Fundamentals of Steel-making. − London: Inst. Mavter, 1996. – 331 p. 11. Be B. Ю., Чоу С. Л., Шир Ф. С. // Инженерная металлургия. – М.: Металлургия, 1990. – С. 354-363. 12. Чоу С. Л., Шир Ф. С., Янг П. С. // Там же. − М.: Металлургия, 1990. – С. 363-372. 13. Лю Д.-Ж., Айронс Дж. А., Лю В. К. // Обработка стали кальцием. – Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1989. – С. 59-74. 14. Охотский В. Б. Модели металлургических систем. – Днепропетровск: Системные техно- логии, 2006. – 287 с. Поступила 24.10.2012 УДК 621.74:666.85 Ф. М. Котлярский Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТВЕРДЫХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ЖИДКИХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ Используя влияние содержания тонкодисперсных неметаллических включений (ТНВ) на интенсивность диффузионного удаления водорода из расплава, исследована возможность оценки содержания ТНВ в жидких алюминиевых сплавах по газовой пористости специальной технологической пробы. Ключевые слова: алюминиевые расплавы, диффузионное удаление водорода, твердые неметаллические включения, пористость технологической пробы. Використовуючи вплив вмісту тонкодисперсних неметалевих включень (ТНВ) на інтенсивність дифузійного видалення водню з розплаву, досліджена можливість оцінки вмісту ТНВ в рідких алюмінієвих сплавах по газовій пористості спеціальної технологічної проби. Ключові слова: алюмінієві сплави, дифузійне видалення водню, тверді неметалеві включення, пористость технологічної проби.

Парофазная десульфурация металла. Усвоение реагента (Сообщение 2)

Репозитарії

Схожі ресурси