DOI: 10.52150/2522-9117-2021-35-200-211

Степаненко Дмитро Олександрович, к.т.н., Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0002-0184-8295. Е-mail: d.gorodenskiy@gmail.com

Тогобицька Дар’я Миколаївна, д.т.н., проф., Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0001-6413-4823

Бєлькова Алла Іванівна, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0002-9795-5465

Цюпа Наталя Олександрівна, к.т.н.  Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0003-0682-461X

ДО ВИБОРУ РАЦІОНАЛЬНИХ СКЛАДІВ ШЛАКІВ ТА ШЛАКОУТВОРЮЮЧИХ СУМІШЕЙ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ ЧАВУНУ ТА СТАЛІ

Метою роботи є розвиток наукових уявлень про структурний стан шлакових розплавів на підставі дослідження їх властивостей і розробка раціонального складу шлаку при виплавці чавуну та сталі. При вирішенні задачі вибору раціонального хімічного складу металургійних шлаків та шлакоутворюючих сумішей важливим є вивчення їх високотемпературних властивостей (в’язкість, температура плавлення, електропровідність, поверхневий натяг та ін.). Згідно з дослідженнями вітчизняних та зарубіжних вчених, фізико-хімічні властивості шлакових і алюмосилікатних розплавів, зокрема їх в’язкість та електропровідність, залежать від хімічного складу системи і температури і відображають структурні зміни в розплаві. Незважаючи на відсутність єдиної і загальної теорії будови оксидних (шлакових) розплавів, прояв частини їх властивостей, добре пояснюється іонною теорією згідно якої, в’язкість визначається структурою полімерних іонів (наприклад, аніонами Si_xO_y^z-), а електропровідність більш рухливими іонами – катіонами та/або аніонами (наприклад, Ca²⁺, Mg²⁺, О^2-, F^– та ін.). З підвищенням температури шлакового розплаву ослаблення зв’язків його структурних частинок (іонів і/або їх груп) є важливою і необхідною умовою для підвищення ефективності процесів тепло- і масообміну в системі “метал-шлак” і реалізації рафінуючих функцій розплаву. Тому, дослідження взаємозв’язку в’язкості і електропровідності та розробка на їх основі критерію оцінки структурного стану шлакового розплаву, встановлення раціонального хімічного складу для конкретних технологічних умов процесу виплавки чавуну чи сталі має важливе наукове та практичне значення. На підставі виконаних теоретичних та аналітичних досліджень взаємозв’язку в’язкості та електропровідності різних оксидних систем і розрахованих енергії активації в’язкості (Е_η) та електропровідності (Е_χ) запропоновано, у якості структурно чутливого критерію, відношення n=Е_η/Е_χ, яке змінюється в областях: Е_η>Е_χ=n>1, Е_η<Е_χ=n<1 і Е_η≈Е_χ=n≈1, що свідчать про наявність трьох структурних областей: гетерогенний (Е_η>Е_χ=n>1), гомогенний (Е_η<Е_χ=n<1) і рівноважний стан розплаву (Е_η≈Е_χ=n≈1). Виконані в статті дослідження розширили наукові уявлення про структуру шлакових розплавів, а запропонований критерій дозволяє здійснювати науково обґрунтований вибір раціональних складів шлаків та шлакоутворюючих сумішей при виробництві чавуну та сталі.

Ключові слова: шлак, в’язкість, електропровідність, модель, критерій, структура.

Посилання для цитування: Степаненко Д. О., Тогобицька Д. М., Бєлькова А. І., Цюпа Н. О. До вибору раціональних складів шлаків та шлакоутворюючих сумішей при виробництві чавуну та сталі. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2021. Вип. 35. С. 200-211. (In Ukrainian). DOI: 10.52150/2522-9117-2021-35-200-211

Перелік посилань

1. Mills K. C., Yuan L., Li Z., Zhang G. Estimating the electrical & thermal conductivities of slags. Proceedings of 5th International Congress on the Science and Technology of Steelmaking. 2012, Dresden, Oct. 1-3. p. 1-10.
2. Zang H., Chou K. C. Measuring and modeling viscosity of CaO-Al₂O₃-SiO₂(K₂O) melt. Metallurgicals and Materials Transaction B. 43. 2012. pp. 841-848. https://doi.org/10.1007/s11663-012-9668-9
3. Zang Z. H., Yan B. J., Chou K. C., Li F. S. Relation between viscosity and electrical conductivity of silicate melts. Metallurgicals and Materials Transaction 42. 2011. pp. 261-264. https://doi.org/10.1007/s11663-011-9484-7
4. Stepanenko A., Volkova O., Heller H. P., Otorvin P. I., Chebykin D. A. Selecting Optimal Slag Conditions in the Blast Furnace. Steel in Translation, Vol. 47, No. 9, р.р. 610-613 (2017). https://doi.org/10.3103/s0967091217090133
5. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. Ленинград : Наука. 1975. 592 с.
6. Есин О. А., Гельд П. В. Физическая химия пирометаллургических процессов. Москва : Металлургия. 1966. Ч. 704 с.
7. Габдуллин Т. Г., Такенов Т. Д., Байсанов С. О., Букетов Е. А. Физико-химические свойства марганцевых шлаков. Алма-Ата : Наука. 1984. 232 с.
8. Поволоцкий Д. Я., Мищенко В. Я., Вяткин Г. П. и др. Физико-химические свойства расплавов системы СаО – Al₂О₃ – CaF₂. Известия ВУЗов Черная металлургия. 1970. № с. 8-11.
9. PhaseDiagram-Web. Non-interactive diagrams. Retrieved from https://www.crct.polymtl.ca/fact/PDsearch.php
10. Приходько Э. В., Тогобицкая Д. Н., Хамхотько А. Ф., Степаненко Д. А. Прогнозированние физико-химических свойств оксидних систем. Днепропетровск : Пороги. 2013. 339 с.
11. Приходько Э. В. Металлохимия многокомпонентных систем. Москва : Металлургия. 320 с.