DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-028
Д. О. Степаненко1 , к.т.н., зав. відділом, ORСID 0000-0001-5913-2284
О. М. Гришин1, д.т.н., с.н.с., ORСID 0009-0000-0665-1179
О. В. Кукса1, к.т.н., н.с, ORCID 0000-0002-6268-0692
Л. О. Лісова1, к.т.н., с.н.с., ORСID 0000-0001-6298-9115
І. Р. Поворотня1,* , к.т.н., с.н.с., ORСID 0000-0001-5872-7403
1 Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України
* Автор для листування: iro4ka01091990@gmail.com
ТЕОРЕТИЧНЕ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ТВЕРДОФАЗНОГО ВІДНОВЛЕННЯ ХРОМУ ТА ЗАЛІЗА З ЇХ ОКСИДІВ
Анотація. Отримання якісних марок сталі, в умовах підвищення дефіциту мінеральних та енергетичних ресурсів, ставить перед металургією найважливіше завдання, зокрема вдосконалення існуючих та розробка нових технологій виробництва легуючих матеріалів з використанням некондиційних руд та відходів. Одним з перспективних технологічних напрямків є технологія твердофазного відновлення (ТВ), яка забезпечує отримання з комплексної шихти губчастих лігатур при температурах, нижчих від температури плавлення шихти, що сприяє зниженню енергетичних витрат, а також забезпечує зменшення вмісту в металі шкідливих елементів, зокрема сірки, та за певних умов фосфору. Технологічні особливості ТВ вигідно відрізняють цей процес від традиційного феросплавного виробництва. Використаний в даній роботі підхід до термодинамічного дослідження системи Cr-O-C відображає провідний напрямок механізму твердофазного відновлення оксиду хрому вуглецем. При цьому процес розвивається головним чином через парогазову фазу з визначальною роллю газової фази (СО-СО2), що здійснює зв’язок між твердими реагентами. Встановлено, що подальше зневуглецювання в продуктах твердофазного спільного відновлення хрому та заліза можливо шляхом додаткової термохімічної обробки продукту відновлення. Науково обґрунтовано та експериментально підтверджено зменшення вуглецю шляхом обробки губчастої лігатури газовою сумішшю Н2 – Н2О або Ar – H2O при температурі 1273 – 1373 К і концентрації Н2О на рівні 1 – 2%, протягом 25 – 40 хв.
Ключові слова: твердофазне відновлення, вуглецевотермічне відновлення, карбідоутворення, оксид хрому, карбід хрому, фізико-хімічні властивості, енергія Гіббса.
Посилання для цитування: Теоретичне та експериментальне обґрунтування твердофазного відновлення хрому та заліза з їх оксидів / Д. О. Степаненко, О. М. Гришин, О. В. Кукса, Л. О. Лісова, І. Р. Поворотня // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026. Вип. 40. С. 465-483. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-028
Перелік посилань
1. Simonov, V. K., Zolotareva, V. V., & Vlasenko, V. N. (1998). O mehanizme tverdofaznogo vosstanovleniya Cr2O3 uglerodom. Theory and Practice of Metallurgy, (2), 17-20
2. Grishin, O. M. (2022). Fiziko-himichni osnovi otrimannya Fe-Cr gubchatih ligatur. Zhurfond
3. Popov, A. A., Ostrik, P. N., & Gasik, M. M. (1986). Termodinamika vosstanovleniya i karbidoobrazovaniya v sisteme Cr-O-C. Iz.VUZov, Chernaya metallurgiya, (10), 1-3
4. Ostrik, P. N., Gasik, M. M., & Pirog, V. D.(1992). Metallurgiya gubchatyh i poroshkovyh ligatur. Tehnika
5. Turkdogan, E. T. (1985). Fizicheskaya himiya vysokotemperaturnyh processov. Metallurgiya
6. Morris, A. E., Geiger, G., & Fine, H. A. (2010). Handbook on Material and Energy Balance Calculations in Metallurgical Processes. Hardcover: Wiley Wiley
7. Popov, A. A., Ostrik, P. N., & Gasik, M. M. T. (1987). ermodinamika vosstanovleniya i karbidoobrazovaniya v sisteme Fe-Cr-O-C. Izvestiya vuzov, Chernaya metallurgiya, (4), 1-4
8. Razrabotka tehnologicheskih osnov energosberegayushego processa polucheniya hromistyh ligatur v tv. sostoyanii s ispolzovaniem tehnogennyh othodov prom. predpriyatij Ukrainy. Otchet po NIR. Dnepropetrovsk, GMetAU. 1996. 34s.
9. Bratberg J., & Frisk K. (2004). An experimental and theoretical analysis of the phase equilibria in the Fe-Cr-V-C system. Met. and Mat. Trans. 35A(12), 3649-3663
10. Andersson, J.-O. (1988). A Thermodynamic Evaluation of the Fe-Cr-C System. Metallurg. Trans. A., 19A(3), 627-636
11. Pahlman, J. C. (1985). Direct Method to Prepare Low Carbon Ferrochrome. Physical Chemistry of Extraction Metallurgy: Proc. Conference, New York, USA, 24-28 Feb. 1985, Metal Abstract, 06-42-0071
12. Vlasyuk, R. Z., Dejmovich, V. B., Mamonova, I. A. et al. (1981). Rastvorenie karbida Cr3C2 v zheleznoj matrice. Poroshkovaya metallurgiya, (10), 26-30
13. Kolnesa, M., Pirsoa, J., Kübarseppa, J., Viljusb, M., & Traksmaab, R. Structure formation and characteristics of chromium carbide–iron–titanium cermets. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences. 2016 Vol. 65. №2. Р. 138-143. https://doi.org/10.3176/proc.2016.2.09
14. Gasik, M. I., Lyakishev, N. P., & Emlin, B. I. (1988). Teoriya i tehnologiya proizvodstva ferrosplavov. Metallurgiya
15. Tapasa, K., Barashev, A. V., & Bacon, D. J. (2007). Computer simulation of the interaction of carbon atoms with self-interstitial clusters in a-iron. Journal of Nuclear Material, 361(1), 52-61. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2006.10.022
16. Gasik, M., Dashevskii, V., & Bizhanov, A. (2020). Ferroalloys: Topics in Mining. Springer Cham
17. Grishin, A. M., Simonov, V. K., & Vlasenko, V. N. (2011). Issledovanie kinetiki i mehanizma tverdofaznogo vosstanovleniya Cr2O3 s primeneniem intensificiruyushih vozdejstvij. Theory and Practice of Metallurgy, (3-4), 114-118
18. Simonov, V. K., Grishin, A. M. (2013). Thermodynamic Analysis and the Mechanism of the Solid-Phase Reduction of Cr2O3 with Carbon. Russian metallurgy (Metally). Theory of metallurgical Processes, (6), 425-434
19. Grishin, A. M., Simonov, V. K., & Sheglova, I. S. (2014). O nesootvetstvii kineticheskih zakonomernostej termodinamicheskim predposylkam reakcij gazifikacii ugleroda N2O i SO2. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya, (7), 64-67.
20. Ohotskij, V. B., Kostolov, O. L., Simonov, et al. (1997). Teoriya metalurgijnih procesiv. IZMN
Рукопис надійшов до редакції / Received 25.02.2026
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026
