DOI: 10.52150/2522-9117-2024-38-253-264
Семикін Сергій Іванович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-7365-2259. E-mail: isisemykin@gmail.com
Голуб Тетяна Сергіївна, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0001-9269-2953. E-mail: isinasu.golubts@gmail.com
Дудченко Сергій Олександрович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-7319-9896. Email: s.dudchenko@meta.ua
Вакульчук Володимир Вікторович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0001-7887-2843. Email: vvvakulchuk@gmail.com
Прокопенко Павло Григорович, головний метролог Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. E-mail: ogm-ichm@ukr.net
ВИВЧЕННЯ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ ГЕНЕРУВАННЯ ОЗОНУ ПРИ ВИКОРИСТАННІ ВЕРХНЬОЇ КИСНЕВОЇ ФУРМИ ЗА РІЗНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ УМОВ ПРОДУВКИ
Анотація. Киснево-конвертерний процес виплавки залізо-вуглецевого напівпродукту є важливим етапом виготовлення сталей різного сортаменту. Серцем цього процесу є верхня киснева продувка, що забезпечує переробку чавуну в сталь. Саме вона в більшій мірі відповідає за технологічні та якісні показники як самого процесу так і отриманого результату – рідкого металевого напівпродукту. Не дивлячись на достатній час існування процесу та різну глибину його дослідження, стрімкі зміни щодо технологічних та екологічних показників сучасності зумовлюють постійно високу актуальність розробок, які без значних капіталовкладень дозволять інтенсифікувати процес конвертування без втрати інших важливих технологічних показників. Серед таких є ідея використання озону як домішки до основного кисневого потоку, молекули якого є більш активними окисниками. В роботі відображені результати натурного фізичного стендового дослідження особливостей генерації озону високовольтним електричним розрядом кистьового типу при продуванні крізь верхню кисневу фурму з одним соплом в залежності від технологічних показників продувки: тиск продувного газу, вид ізоляції на електродах та довжина розрядного проміжку. За показник обрано продуктивність озону, яку визначали у визначеній точці кисневого струменя шляхом вимірювання його концентрації за допомогою спеціального газоаналізатора. Важливою особливістю є те, що розряд створювався безпосередньо на виході з продувної фурми для створення найбільшої кількості озону в потоці газу. Аналіз отриманих результатів досліджень дозволив встановити, що продуктивність генерації озону нелінійно залежить від тиску продувного газу та величини розрядного проміжку між електродами, що створюють високовольтний розряд. Максимуми відповідають тискові 0,15 МПа та довжині розрядного проміжку приблизно 3 калібри продувного сопла. Також кращими показниками щодо генерації озону володіє керамічна ізоляція, яка ймовірно додатково продукує озон на своїй поверхні. Запропонований спосіб може бути використаний для активізації обмінних процесів при кисневому конвертуванні.
Ключові слова: озон, киснева продувка, газовий струмінь, високовольтний розряд, ізоляція.
DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-253-264
Посилання для цитування: Вивчення закономірностей генерування озону при використанні верхньої кисневої фурми за різних технологічних умов продувки / С. І. Семикін, Т. С. Голуб, С. О. Дудченко, В. В. Вакульчук, П. Г. Прокопенко // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2024. Вип. 38. С. 253-264. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-253-264
Перелік посилань
1. Cappel J., Ahrenhold F., Egger M. W., Hiebler H. and Schenk J. 70 Years of LD-Steelmaking – Quo Vadis? Metals. 2022. Vol. 12. P. 912 – 936
2. Lv M., Chen S., Yang L., Wei G. Research Progress on Injection Technology in Converter Steelmaking Process. Metals. 2022. Vol. 12, No. 11. P. 1918-1934
3. Von Engel A. Ionized gases. 2nd ed. New York, N. Y: American Institute of Physics. 1994. 281 р.
4. Chubb D. L. Ionizing Shock Structure in a Monatomic Gas. Phys. Fluids. 1968. vol.11. P. 2363–2376
5. Shuler K. E. Ionization in High-Temperature Gases. 1st Edition, 1963. 424 р.
6. Lieberman A. and Lichtenberg A. Principles of plasma discharge and materials processing. New York: John Wiley & Sons. 1994. 600 p.
7. Курбанисмаилов В. С., Омаров О. А., Ашурбеков Н. А. Физика газового разряда. Учебное пособие. Махачкала : ИПЦ ДГУ, 2001. 114 с.
8. Treumann R. A., Klos Z., Parrot M. Physics of electric discharges in atmospheric gases: an informal introduction. Space Science Reviews. 2008. Vol. 137. No. 1-4. P. 133-148
9. Stephenson J. D. An experimental study of electrical discharge in gases at normal temperatures and pressures. Proc. Phys. Soc. 1933. Vol. 45. P. 20
10. Lee F. W., Kurrelmeyer B. A Study of direct-current corona in various gases. Journal of the AIEE Physics. 2009. Vol. XLIV. P. 184- 192
11. Kossyi I. et all Kinetic scheme of the non-equilibrium discharge in nitrogen oxygen mixtures. Plasma Sources Science and Technology. 1992. Vol. 1. P. 207-220
12. Calcote H. F. Mechanisms for the formation of ions in flames. Combustion and Flame. 1957. Vol. 1. Iss. 4. P. 385-403.
13. Blades A. T. Ion formation in hydrocarbon flames. Canadian Journal of Chemistry. 2011. Vol. 54, No. 18. P. 2919-2924
14. Maa Y.， Lia T.， Yana J.， Wanga X.， Gaoa J.， Sunb Z. A comprehensive review of the influence of electric field on flame characteristics. Preprints. 2020. 2020100454
15. P. Gillon, V. Gilard, M. Idir, B. Sarh, Electric field influence on the stability and the soot particles emission of a laminar diffusion flame. Combustion Science and Technology. 2018. Vol. 191. No. 2. P. 325-338
16. Генис А. А., Гориштейн И. Л., Пугач А. Б. Приборы тлеющего разряда, Киев : Технiка. 1970. С. 92-93, 150-151
17. Yehia A. and Mizuno A. Ozone generation by negative direct current corona discharges in dry air fed coaxial wire-cylinder reactors. Journal of applied physics. 2013. Vol. 113. Iss. 18. P. 183301
18. Buntat Z., Smith I., Razali N. A. M. Ozone generation using atmospheric pressure glow discharge in air. Journal of Physics D: Applied Physics. 2009. Vol. 42. P. 235202,
19. Skalny J. D., Matejcik S., Mikoviny T., Eden S. and Mason N. J. Ozone generation in a negative corona discharge fed with N2O and O2. Journal of Physics D: Applied Physics. 2004. Vol. 37. P. 1052–1057
20. Chen J. and Davidson J. Ozone production in the positive dc corona discharge: Model and comparison to experiments. Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2002. Vol. 22. P. 495- 522
