Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии

DOI: 10.52150/2522-9117-2025-39-04

Д. О. Степаненко1, к.т.н., зав. відділом, ORCID 0000-0001-5913-2284
А. І. Бєлькова1,*, к.т.н., ст.н.с., ORCID 0000-0001-8519-9351
Д. М. Тогобицька1, д.т.н., проф., пров.н.с., ORCID 0000-0001-6413-4823
Л. О. Лісова1, к.т.н., ст.н.с., ORCID 0000-0001-6298-9115
С. В. Греков1, н.с., ORCID 0000-0003-2849-0999

1 Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України
* Автор для листування: alla2904b8@gmail.com

Вплив вмісту Cr2O3 на властивості шлакових розплавів систем CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO/Fe2O3-MnO

Анотація. При виплавці ферохромистих сталей ключову роль грають процеси шлакоутворення, що визначають рафінування металу та збереження хрому. Шлаки системи CaO–SiO₂–Al₂O₃–MgO–FeO/Fe₂O₃–MnO широко застосовуються завдяки регульованим фізико-хімічним властивостям, однак присутність оксиду хрому Cr₂O істотно впливає на їх структуру та властивості, що в свою чергу визначає розподіл елементів між фазами та ступінь втрат хрому. Аналіз відкритих літературних публікацій свідчить про складний зв’язок між вмістом Cr2O3 і в’язкістю шлаку, який залежить від різних показників конкретної шлакової системи та процесу виплавки металу. Його амфотерна природа обумовлює подвійну дію: при низьких концентраціях він знижує в’язкість, при високих – підвищує, а також сприяє утворенню твердих фаз, які додатково збільшують її. Дані про електропровідність суперечливі, що свідчить про необхідність цілеспрямованих досліджень. Для більш точного аналізу та прогнозування поведінки проаналізована вкрай складна багатокомпонентна шлакова система, яка включає оксиди CaO, SiO2, Al2O3, MgO, FeO, MnO та Cr2O3. Кожен оксид надає специфічний і взаємопов’язаний вплив на структуру та властивості шлаку, особливо на в’язкість. Вплив компонентів, включаючи Cr2O3, слід розглядати в контексті синергетичних чи антагоністичних взаємодій з іншими компонентами. Для розробки прогнозних моделей певні можливості надають інтегральні параметри моделі оксидної системи з позиції концепції спрямованого хімічного зв’язку, які дозволяють комплексно врахувати вплив всього компонентного складу шлакової системи на його властивості. Встановлено високий рівень зв’язку в’язкості із показниками хімічного еквівалента складу шлаку ∆e та хімічної індивідуальності tga та показано, що шлаки, різні за технологічним призначенням, ідентифікуються конкретними значеннями параметра ∆e. Виконані дослідження підтверджують доцільність та ефективність використання інтегральних параметрів складу оксидної системи для прогнозування та оцінки властивостей хромовмісних шлаків з метою оптимізації шлакоутворюючих сумішей та підвищення ефективності виплавки ферохромистих сталей.

Ключові слова: ферохромиста сталь, шлак, оксид хрому Cr2O3, в’язкість, електропровідність,  параметри міжатомної взаємодії в розплавах, прогнозні моделі.

Посилання для цитування: Вплив вмісту Cr2O3 на властивості шлакових розплавів систем CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO/Fe2O3-MnO / Д. О. Степаненко, А. І. Бєлькова, Д. М. Тогобицька, Л. О. Лісова, С. В. Греков // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2025. Вип. 39. С. 61-77. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2025-39-06

Перелік посилань

  1. Ling Zhang, Shouyi Sun & Sharif Jahanshahi. (2009) Modelling Cr containing slags for PGM smelting. CHAPTER 01 Mathematical Modelling. CSIRO Minerals, Australia. P.391-402.
  2. Hou, Xing & Xiao, Guoqing & Donghai, Ding & Zhang, Ningxuan & Gao, Yunqin. (2021). Effects of Cr2O3 content on viscosity and microstructure of copper converter slag. Journal of Non-Crystalline Solids. 574. 121147. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121147.
  3. Yang, Ding & Zhou, Hanghang & Wang, Jian & Qiu, Guibao. (2021). Influence of Cr2O3 Content on Phase of Chromium-Containing High-Titanium Blast Furnace Slag. Journal of materials research and technology.  https://doi.org/10.1007/978-3-030-65253-1_19.
  4. Li, S., Li, J., Yu, Y. H., & Zhu, H. (2022). Effect of Cr2O3 on Physicochemical Properties of CaO-SiO2-FetO Slags during BOF Smelting Process of Chromium-Bearing Iron. Superalloys. https://doi.org/10.3390/met12071110.
  5. Yuan, F., Zhao, Z., Zhang, Yl. et al. Influence of Cr2O3 content on viscosity and rheological behavior of Cr2O3-containing slags. J. Iron Steel Res. Int. 29, 601–611 (2022). https://doi.org/10.1007/s42243-021-00679-y.
  6. Liu, Zhuangzhuang & Dekkers, Rob & Blanpain, Bart & Guo, Muxing. (2019). Experimental Study on the Viscosity of Stainless Steelmaking Slags. ISIJ International. 59. 404-411.
  7. G. Qiu, L. Chen, J. Zhu, Lv, C. Bai, (2015). Effect of Cr2O3 Addition on Viscosity and Structure of Ti-bearing Blast Furnace Slag, ISIJ International, V. 55, Pp 1367-1376. https://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1367.
  8. Yuan, Fang & Zhao, Zheng & Wu, Shaowen & Zhang, Yanling & Wu, Tuo. (2021). Viscosity Measurements of CrO-bearing CaO–SiO2–2%MgO–CrO Slag. ISIJ International. 61. 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-709.
  9. Chen, Jiawen & Zheng, Weichao & Chen, Liangbin & Deng, Ying & Hao, Jiachang & Tian, Zhenyun & Qiu, Guibao. (2024). Effect of MgO/CaO Ratio on Viscosity and Phase Structure of Chromium-containing High-titanium Blast Furnace Slag. ISIJ International. 64. 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2024-148.
  10. Yuan, Fang & Zhao, Zheng & Zhang, Yanling & Gao, Jintao & Wu, Tuo. (2020). Viscosity Measurements of CrO-bearing CaO–SiO2–5%Al2O3–CrO Slag Equilibrating with Metallic Cr. ISIJ International. 60. 613-615. 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2019-377.
  11. Chen, Zhang & He, Xiaobo & Wang, Lijun & Chou, Kuo-Chih. (2023). Effect of Cr2O3 Content on the Viscosity and Crystallization Properties of Continuous Casting Mold Slag. Iron Steel Res. Int. 94. https://doi.org/10.1002/srin.202300125.
  12. Zeng, R., Wang, N., & Li, W. (2023). Influence of Cr2O3 on the viscous flow behavior and structure of Cr‐containing molten titanium slag. Steel Research International. https://doi.org/10.1002/srin.202300150.
  13. Isaksson, J., Andersson, A., & Lennartsson, A. (2024). Effects of FeO/SiO2 ratio and optical basicity on viscosity and melt structure of FeO–SiO2–Al2O3–CaO–MgO–Cr2O3 melts. 81–90. https://doi.org/10.62053/mhjc2933
  14. Cui, Y. et al. (2023). Investigation of the Effect of Cr2O3 Content on the Surface Tension of Chromium-Containing High-Titanium Blast Furnace Slag. In: Zhang, M., et al. Characterization of Minerals, Metals, and Materials 2023. TMS 2023. The Minerals, Metals & Materials Series. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-22576-5_16
  15. Togobitska D. & Belkova A. (2024) New approach to evaluating the thermodynamic consistency of melts in the “Metal-Slag” system based on interatomic interaction parameters. Lithuanian Journal of Physics. Vol. 64, No. 1, pp. 58-71. https://doi.org/10.3952/physics.2024.64.1.6.
  16. Holappa, Lauri & Xiao, Yanping. (2004). Slags in ferroalloys production – Review of present knowledge. Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy. 104. 429-437.

Рукопис надійшов до редакції 10.07.2025
Рекомендовано до друку 21.10.2025
Опубліковано онлайн 01.12.2025

No widgets added. You can disable footer widget area in theme options - footer options

Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Logo