Мал золотник, да дорог... Процессы

Мал золотник, да дорог... Процессы

Проанализированы рафинировочные процессы в металлошлаковой эмульсии при конвертировании.

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:Металл и литье Украины
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/140504
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:Мал золотник, да дорог... Процессы / В.Б. Охотский // Металл и литье Украины. — 2013. — № 5. — С. 27-30. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-140504
record_format dspace
spelling irk-123456789-1405042018-07-08T01:23:37Z Мал золотник, да дорог... Процессы Охотский, В.Б. Проанализированы рафинировочные процессы в металлошлаковой эмульсии при конвертировании. Проаналізовано рафінувальні процеси в металошлаковій емульсії при конвертуванні. Refining processes in metal-slag emulsion when converting were analyzed. 2013 Article Мал золотник, да дорог... Процессы / В.Б. Охотский // Металл и литье Украины. — 2013. — № 5. — С. 27-30. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/140504 669.18 ru Металл и литье Украины 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
description Проанализированы рафинировочные процессы в металлошлаковой эмульсии при конвертировании.
format Article
author Охотский, В.Б.
spellingShingle Охотский, В.Б.
Мал золотник, да дорог... Процессы
Металл и литье Украины
author_facet Охотский, В.Б.
author_sort Охотский, В.Б.
title Мал золотник, да дорог... Процессы
title_short Мал золотник, да дорог... Процессы
title_full Мал золотник, да дорог... Процессы
title_fullStr Мал золотник, да дорог... Процессы
title_full_unstemmed Мал золотник, да дорог... Процессы
title_sort мал золотник, да дорог... процессы
publisher Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate 2013
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/140504
citation_txt Мал золотник, да дорог... Процессы / В.Б. Охотский // Металл и литье Украины. — 2013. — № 5. — С. 27-30. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series Металл и литье Украины
work_keys_str_mv AT ohotskijvb malzolotnikdadorogprocessy
first_indexed 2025-07-10T10:38:12Z
last_indexed 2025-07-10T10:38:12Z
_version_ 1837256039745978368
fulltext 2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’20132� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 УДК 669.18 В. Б. Охотский Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск Мал золотник, да дорог... Процессы Проанализированы рафинировочные процессы в металлошлаковой эмульсии при конвертировании. Ключевые слова: удельная поверхность, корольки, физико-химические процессы, система металл-шлак, окислительный процесс И стория и состояние вопроса. Небольшие раз- меры корольков и значительная удельная по- верхность [1] определили их влияние на физико- химические процессы в сталеплавильной систе- ме металл-шлак�� Установили, что содержание угле- рода в них меньше, чем в ванне мартеновской печи (В�� Британия, 1919 г��; Германия, 1922 г��), бессеме- ровского (з-д им�� Петровского, 1927, 1957 гг��) и Тома- совского (Франция, 1954 г��) конвертеров�� М�� Я�� Мед- жибожский первый [1] исследовал влияние скорости выгорания углерода на процессы с участием король- ков и их фракционного состава на их количество�� С появлением кислородно-конвертерного процес- са степень участия корольков в окислении углеро- да и перераспределении марганца, серы и фосфо- ра между металлом и шлаком изучали в 60-х годах в США (1963 г��), ДМетИ (1963-1964 гг��), Германии (1965 г��), ЦНИИЧМ (1968 г��), Франции (1968 г��), вновь в США (1968-1969 гг��) и неоднократно в дальнейшем�� Они стали предметом изучения и в новых сталепла- вильных процессах: рециркуляционном (ЦНИИЧМ, МИСиС, 1957 г��), непрерывном (Франция, 1969 г��); струйном рафинировании (ДонНИИЧМ, 1971 г��; МИСиС, 1973 г��; МГМИ, УралНИИЧМ, 1975 г��); ДСПА (ЧССР, 1971 г��), АКР (ЧелПИ, 1995 г��)�� Благодаря значимости процессов в диспергиро- ванных системах химической технологии, и в част- ности металлургии, их неоднократно анализировали и к настоящему времени уже можно выделить те из них, которые заслуживают наибольшего внимания�� Модели процесса Характеристикой процесса переноса в систе- ме непрерывная-диспергированная фаза служит степень экстракции вещества i (Еi), модели внут- реннего переноса в которой систематизирова- ны [2]�� В отсутствии перемешивания в капле ис- пользуют модель Newman в решении Vermeun’a: = − − π τi iE D d2 2 1/ 2[1 exp ( 4 / )] (модель V), где Di – коэффициент молекулярной диффузии; τ – время; d – размер капли�� Процесс перемешивания в капле по модели Kronig&Brink Hadamard подвел к реше- нию, которое в интерпретации Calderbank прини- мает вид = − − π τi iE D d2 2 1/ 2[1 exp ( 9 / )] (модель С)�� В осциллирующей капле перенос описывается мо- делью Handlos&Baron, которую применительно к рассматриваемому случаю можно преобразовать к виду = − − τiE u d[1 exp ( 0, 0229 / )] (модель НВ), где u – скорость движения капли�� Если использо- вать модель Higbie для коэффициента переноса =β πτi iD 1/ 2( 4 / ) , то интегрируя перенесенную мас- су вещества i во времени τ получим = − − τ πi iE D d1/ 2 1/ 2[1 exp ( 12 / )] (модель Н)�� (1) В трех из этих моделей Еi – функция числа Фурье: Fo ≡ τiD d 2/ �� Можно предположить, что ха- рактерное время τi соответствует продолжитель- ности периода образования в продувочных процес- сах первичной зоны взаимодействия (пузыря), в те- чение которого выбрасываемые из ванны жидкие фазы обновляют состав эмульгированных в шла- ке капель металла (корольков)�� Согласно [3] после подстановок и преобразований получим = ⋅τ πi q g4 4 3 1/ 5(3 2 / ) , (2) где q – расход дутья на одно сопло; g – гравита- ционное ускорение�� Внешний перенос к эмульгированной капле описывается моделью Danckwerts с коэффици- ентом =βi jD u d 1/ 2( / ) �� За время dτ переносится масса = β ρi j jdm C 2 / 100 (Cj – концентрация ком- понента в шлаке; ρ2 – плотность шлака) и изменя- ется концентрация вещества в капле на величину = − π ρi idC dm d 3 1600 / (ρ1 – плотность металла)�� При соотношении мольных масс веществ Мi и Mj скорость внешнего переноса примет вид ≡ =τ ρj j j j i jV dc d c p u D M M d1/ 2 1/ 2 3 / 2 2 1/ 6 / �� (3) Возможно лимитирование скорости взаимодей- ствия кинетическим этапом окисления углерода капли оксидами железа в шлаке, уравнение кото- рого приведено в [3]�� Физическое моделирование Физическое моделирование взаимодействия ка- пель металла системы Fe-C с окислительным шла- ком осуществили на модели с использованием х-лу- чей [4] и радиоактивных изотопов в лабораторных [5] и промышленных [6] условиях�� Исследование [4] носит, в основном, описатель- ный характер, из которого следует, что для мас- сообмена важную роль играет кинетический этап процесса (пассивирующая роль серы, растворенной в металле)�� Удельная интенсивность внутреннего и внешнего переносов становятся сопоставимыми 2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’20132� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 при снижении концентрации углерода в капле, а преобладание последнего вызывает ее взрыв�� Промышленные масштабы [6] затрудняют коли- чественную оценку происходящего и делают ее ори- ентировочной, при этом наиболее информативной является работа [5]�� На рис�� 1 приведены результаты сопоставления величин по модели V для углерода: расчетной Ep и фактической Еф, обозначенные усредненной лини- ей 1, которая проходит вблизи линии I равных значе- ний (Еф = Ep), а данные работ [4] и [6] представлены точками А и В соответственно�� Использование модели проточного тигля дает возможность установить соотношение усредненной степени рафинирования металла в первичной зоне взаимодействия кислородной струи с ванной Е1 и ее величиной для выдувки Е2, которая формирует ме- таллошлаковую эмульсию – МШЭ (таблица)�� С Mn Si Е1 0,34 0,67 0,75 Е2 0,30 0,63 0,56 Если для углерода и марганца величины Е1 и Е2 весьма близки между собой, то для кремния Е2 за- метно меньше, чем Е1, очевидно, в связи с образо- ванием пленки кремнезема на поверхности образу- ющихся капель, пассивирующих окисление кремния�� При бесфлюсовой продувке в 20-тонном бессе- меровском (линия а) и 50-кг кислородном верхнего дутья (линия б) конвертерах капли металла в шла- ке системы FeO-MnO-SiO2 ведут себя аналогич- но (рис�� 2)�� С увеличением отношения сумм основных и кислых оксидов (В/А) вязкость шлака падает [3], что вызывает рост степени рафинирования корольков Е по марганцу и кремнию, а после достижения опреде- ленной величины В/А – и по углероду�� Величина Ес в МШЭ в отличие от выдувки из зоны взаимодействия меньше, чем ЕMn и ЕSi, что, возмож- но, связано с наличием кинетического этапа в про- цессе обезуглероживания�� Окислительный процесс В моделях V, C и Н в качестве переменной вы- делено число Фурье, с увеличением которого растет степень рафинирования Ес (рис�� 3, линии I, II, III)�� С ними сопоставлены экспериментальные данные, полученные для конвертеров верхнего кислородно- го дутья садкой: 1 т (линия 1); 200 т (линия 2, [8]); 140 т (линия 3 [9]) и 160 т (линия 4, а и 4, б для Ес и Ер [10])�� Характер зависимости в большей степени отвеча- ет фактическому, хотя модели V и С приближаются к ним�� Таким образом, внутренний перенос углерода определяет обезуглероживание капель наряду с ки- нетическим этапом процесса�� Обобщение данных по 1-, 28-, 35-тонным конвер- терам верхнего кислородного дутья показало, что степень рафинирования корольков описывается за- висимостями 2 S i 0,1875 S ibE = − , (4) = − + bE 2 M n 0, 35 0, 9M n 2, 00M n , (5) которые близки между собой, так как в обоих случа- ях продуктом окисления является конденсированная фаза, переходящая в шлак�� Это является причиной Рис. 2. Влияние состава шлака на степень рафинирования ка- пель металла 1,0 0,5 0 0,5 1,0 1,5 E B/A 1 a 1 б 3 б 2 б 2 а, 3 а Рис. 3. Изменение степени рафинирования корольков от числа Фурье 1,0 0,5 0 10-4 10-3 10-2 10-1 E Fo 2 1 3 4 а 4 б III III Рис. 1. Внутренний перенос в диспергированной фазе: 1 – усредненная линия; I – линия равных значений 1,0 0,5 0 0 0,5 1,0 Eф Eр ○А I 1 ○B 2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’20132� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 их заметного отличия от процессов окисления в ко- рольках углерода, также близких между собой (при этом сказывается влияние кинетического этапа в окислении углерода), которые можно описать урав- нениями: – для бессемеровского процесса C 0,14 0,10 bE C= + , (6) – верхнего кислородного C 0, 22 0, 08 bE C= + �� (7) Измерение уровня вспененного шлака Нш без ос- тановки продувки на 1-тонном кислородном конвер- тере и определение отношения ≡ о ш ш ш/H H H , где Н о ш – толщина слоя невспененного шлака, дали воз- можность установить, что = +Н Еш с12, 7 12 , (8) где Ес = 0,05-0,40�� Образование газовых пузырей на поверхности корольков идет в результате реакций С + СО2 → 2СО и СО + FeO → СО2 + Fe, из которых вторая является лимитирующим этапом (см�� выше)�� Этот процесс дополняет вспучивание шлака продук- тами окисления углерода во вторичной зоне взаимо- действия�� Десульфурация и дефосфорация Формирование МШЭ со значительной удельной поверхностью раздела металл корольков – шлак определяет удаление из ванны серы и фосфора�� Оно начинается еще в первичной зоне взаимодейс- твия шлака (меньшей, чем нужно для появления сво- бодных анионов кислорода) благодаря образующим- ся оксидам железа, о чем свидетельствует начало роста Еs и Ер в 1-, 28- и 35-тонных конвертерах при ≡B 2C aO S iO/ (рис�� 4)�� Анализ динамики десульфурации и дефосфо- рации в 1-, 28-, 35- и 130-тонных кислородных кон- вертерах показывает (рис�� 5), что начало стабиль- ного снижения концентрации серы и фосфора при- сутствует в каждом до конца продувки�� Из них при определенной, в среднем, сумме кислых оксидов Аs и Ар, причем Аs < Ap и находится на уровне 31-33 % Аs, тогда как для фосфора Ар достигает 38 %�� Обезуглероживание корольков в МШЭ интенси- фицирует удаление серы и фосфора благодаря га- зовыделению как на поверхности капли, так и внутри ее, на что указывает увеличение доли корольков с порозностью разных видов до 40-50 % при увеличе- нии содержания в них углерода до 3-4 %�� С ростом размера корольков последняя увеличивается�� Уве- личение степени рафинирования корольков по се- ре (линия 1, а на рис�� 6) и фосфору (1, б) в 1-, 28-, 35-тонных конвертерах происходит в большей сте- пени, чем рост Ес, судя по тому, что они расположе- ны выше линии равных значений I�� Анализ динамики десульфурации и дефосфора- ции в ходе продувки в 1-, 28-, 35-, 55- и 130-тонных конвертерах верхнего кислородного дутья показы- вает, что скорость их удаления V в первом прибли- жении пропорциональна концентрации в металле (V = kc)�� Обобщение результатов отбора 235 проб металла и шлака без остановки продувки, расчет ко- личества шлака по балансу марганца и определение содержания в нем корольков металла дали возмож- ность найти долю металлической ванны, эмульгиро- ванной в шлаке в виде капель металла К�� На рис�� 7 коэффициенты ks и kp представлены в виде зависимости от К соответствующими линиями 1 и 2�� В начале продувки (малые величины К) преоб- ладает влияние низкой вязкости шлака его высокой температуры, а в конце ее – увеличение его массы�� В результате в ходе продувки при росте основности Рис. 6. Влияние Ес на Еs и Ер 0,8 0,4 0 0 0,4 0,8 E Ec 2 1 a 1 б I Рис. 4. Динамика рафинирования капель металла по сере и фосфору 0,5 0,3 0,1 1 2 3 E B 2 1 Рис. 5. Переход к стабильному снижению серы и фосфора в металле 30 20 20 30 40 As Ap 2 1 3 I 30 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’201330 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 (240) ’2013 ЛИТЕРАТУРА 1�� Меджибожский М. Я. // Сталь�� – 1952�� – № 7�� – С�� 586-589�� 2�� Coughlin R. W., Von Berg R. L. // Chem�� Eng�� Sci�� – 1966�� – V�� 21, № 1�� – P�� 3-18�� 3�� Охотский В. Б. Модели металлургических систем�� – Днепропетровск: Системные технологии, 2006�� – 287 с�� 4�� Mullholland E. W., Hazeldean G. S. F., Davies M. W. // JISI�� – 1973�� – № 9�� – P�� 632-638�� 5�� Кинетика окисления углерода из капель сплава железа, находящихся в окислительном шлаке / А�� Х�� Дымнич, Н�� П�� Семенов, Д�� С�� Герчеков и др�� // Изв�� АН СССР�� Металлы�� – 1977�� – № 2�� – С�� 36-42�� 6�� Price D. J. // В кн�� Process Engineering of Pyrometallurgy�� – London: Inst�� Min��& Met��, 1974�� – P�� 8-15�� 7�� Афанасьев С. Г. Исследование бессемеровского процесса�� – М��: Металлургиздат, 1957�� – 110 с�� 8�� Meyer H. W., Aukrust E., Porter W. F. // J�� Met�� – 1968�� – № 7�� – Р�� 35-42�� 9�� Кузнецов А. Ф., Назюта Л. И. // Изв�� вузов�� Чер�� металлургия�� – 1975�� – № 3�� – С�� 53-57�� 10�� Взаимодействие металлической и шлаковой фаз в ванне 160-тонного конвертера / В�� Н�� Вечер, Д�� И�� Туркенич, Г�� П�� Трухман и др�� // Сталь�� – 1981�� – № 5�� – С�� 17-20�� Охотський В. Б. Малий золотник, але дорогий... Процеси Проаналізовано рафінувальні процеси в металошлаковій емульсії при конвертуванні. Анотація Okhotsky V. B. Small but precious ... Processes Refining processes in metal-slag emulsion when converting were analyzed. Summary surface area, wrens, physics-chemical processes, the system of metal slag, the oxidation process Keywords Поступила 05��02��13 питома поверхня, корольки, фізико-хімічні процеси, система метал-шлак, окислю- вальний процес Ключові слова Рис. 7. Изменение ks и kp от степени сформированости метал- лошлаковой эмульсии 100 10-1 10-2 10-3 10-2 10-1 k k 2 1 шлака и его сворачивании величины ks и kp миними- зируются в некоторых ККЦ, именно в эти моменты целесообразно скачивать шлак�� Управление формированием металлошлаковой эмульсии, обеспечивающей удаление серы и фос- фора, осуществляемое с использованием методов динамического контроля (акустического, вибраци- онного, микроволнового, зондового), способствует получению стали с меньшим содержанием серы и фосфора�� Выводы Проанализировано влияние формирования ме- таллошлаковой эмульсии на рафинирование метал- ла в продувочных процессах��

Схожі ресурси