DOI: 10.52150/2522-9117-2023-37-271-286

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

Бєлькова Алла Іванівна, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0001-8519-9351. E-mail: iro4ka01091990@gmail.com

Степаненко Дмитро Олександрович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0001-5913-2284

Поворотня Ірина Романівна, к.т.н., н.с, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.

Греков Станіслав Вікторович, н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. E-mail: gsv12345679@gmail.com

МЕТОДИКА ОЦІНКИ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ ВЗАЄМОДІЇ В СИСТЕМІ “МЕТАЛ-ШЛАК” ЯК КООПЕРАТИВНОГО ІОНООБМІННОГО ПРОЦЕСУ ПІД ЧАС РАФІНУВАННЯ СТАЛІ

Анотація. Дефосфорація та десульфурація – найважливіші етапи виробництва високоякісної сталі, що характеризуються перебігом складних фізико-хімічних процесів взаємодії в системі «метал-шлак». Стаття присвячена дослідженню результатів та оцінці ефективності процесів рафінування сталі на різних етапах її доведення у сучасних умовах України. Метою роботи є розробка методики оцінки фізико-хімічної взаємодії в системі «метал-шлак» при рафінуванні сталі з позиції концепції кооперативного іонообмінного процесу з використанням параметрів міжатомної взаємодії в розплавах. В результаті вивчення закономірностей розподілу сірки та фосфору в залежності від хімічного складу різних марок стали двох комбінатів та відповідних їм шлаків розроблено методику, що включає обґрунтоване використання параметрів міжатомної взаємодії у розплавах як критеріїв оцінки ступеня завершеності іонообмінних процесів при рафінуванні сталі. Поряд з використанням інтегральних фізико-хімічних параметрів хімічного та зарядового стану металевого та шлакового розплавів (хімічний еквівалент складу металу Z^Y (e) та шлаку Δe (e), ефективний заряд елемента Zе (e)) у роботі показано ключову роль впливу параметра «перезарядки» елемента ΔZе на процес міжфазного розподілу сірки та фосфору. Цей параметр також показав свою працездатність як критерій оцінки відхилення системи «метал-шлак» від рівноваги на різних стадіях виплавки та доведення сталі на установці ківш-піч (УКП). Запропонований підхід дозволяє оцінити рівень завершеності процесів рафінування сталі з метою вироблення ефективних технологічних рішень. Крім того, він закладає основу для вирішення конкретних прикладних завдань на новому рівні, дозволяючи оптимізувати існуючі технології та розробляти нові методики та реагенти для отримання сталей зі зниженим вмістом сірки та фосфору.

Ключові слова: рафінування сталі, дефосфорація, десульфурація, система «метал-шлак», параметри міжатомної взаємодії в розплавах, коефіцієнт розподілу сірки та фосфору, критерій оцінки нерівноважності системи.

DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-37-271-286

Посилання для цитування: Методика оцінки фізико-хімічної взаємодії в системі “метал-шлак” як кооперативного іонообмінного процесу під час рафінування сталі / Д. М. Тогобицька, А. І. Бєлькова, Д. О. Степаненко, І. Р. Поворотня, С. В. Греков // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2023. Вип. 37. С. 271-286. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-37-271-286

Перелік посилань

1. Okhotskii V. B. Equilibrium in metal – Slag system during steel smelting. Steel in Transl. 2004. № 34. С. 37-42.
2. Conejo A. N., Lara F. R., Macias-Hernández M., Morales R. D. (2007), Kinetic Model of Steel Refining in a Ladle Furnace. Steel research international, 78, P. 141-150. https://doi.org/10.1002/srin.200705871.
3. Silva A.C.e., Goulart L., Araujo E., Batista R., Martins A. Application of Computational Thermodynamics to Steel Processing: The Case of Steel Cleanness. In: EPD Congress (Springer, Cham. 2015). https://doi.org/10.1007/978-3-319-48214-9_18.
4. Kolesnikova K., Gogunsky V., Olekh T. Calculation of equilibrium in the system «metal – slag» during steelmaking in electric arc furnace. Metallurgical and Mining Industry. 2016. No. 6, P. 8-13.
5. He B., Xin Z., Zhang J., Li L., Han D., Xiao S., Liu Q. (2023), A Computational Fluid Dynamics-Thermodynamics Coupled Approach to Simulate Desulfurization in Ladle Furnace Based on Interface Equilibrium Assumption. Steel research int. 2023. Vol. 94, 2370114. https://doi.org/10.1002/srin.202370114.
6. Prikhod’ko E. V., Moroz V. F. The role of the atomic interaction directionality in formation of structurres and properties of compounds. Functional Materials. 2000. Vol. 7. № 4. P. 867−892.
7. Приходько Э. В., Тогобицкая Д. Н., Хамхотько А. Ф., Степаненко Д. А. Прогнозирование физико-химических свойств оксидных систем. Днепропетровск: Пороги, 2013. 339 с.
8. Белькова А. И. Информационное обеспечение исследования процессов взаимодействия в системе «металл–шлак» в горне доменной печи. Математичне моделювання. 2010. № 1 (22). С. 62–66.
9. Приходько Э. В., Шеенко М. И. Равновесное распределение фосфора между металлом и шлаком и методика оценки степени его достижения. Известия ВУЗов.Черная металлургия. 1985. № 1. С. 6-9.
10. Тогобицька Д. М., Бєлькова А. І., Греков С.В., Ходотова Н.Є. Фізико-хімічні критерії для оцінки ефективності дефосфорації сталі за сучасних умов України. Матеріали XVIII МНПК «Литво. Металургія. 2022». 2023. C. 413-417.
11. Тогобицька Д. М., Степаненко Д. О, Бєлькова А. І., Петров О. П., Ліхачов Ю. М. Банк даних «Металургія» – інформаційна основа прогнозування властивостей фізико-хімічних систем та їх розплавів. Сучасні проблеми металургії. Наукові вісті. 2021. № 24. С. 140-148. https://doi.org/10.34185/1991-7848.2021.01.14.