Про механізм окислення домішок металевого розплаву при виплавці конвертерної сталі в великовантажних конвертерах

Шрифт:
19

https://doi.org/

Met. litʹe Ukr., 2020, Tom 28, №3, P. 26-32

С.Г. Мельник, д-р техн. наук, проф., e-mail: melnik.sg@gmail.com
В.І. Бондар, канд. техн. наук, доц., e-mail: bbvvii.47@gmail.com

ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет» (Маріуполь, Україна)

Надійшла 06.07.2020

УДК 669. 184:519.22

У статті розглянуто особливості процесу зневуглецювання сталі в великовантажних 300-тонних конвертерах за технологією комбінованої продувки. На прикладі процесу окислення вуглецю, з використанням положень макроскопічної кінетики хімічних реакцій, показано, що застосування теорії критичних концентрацій проф. С.І. Філіппова дозволяє отримати математичні залежності експериментального вмісту вуглецю в сталі в залежності від розрахункового в процесі продувки розплаву технічно чистим киснем і аргоном. Відзначено, що обробка даних щодо зміни концентрації вуглецю в процесі продувки сталі в конвертері, отриманих в тому числі за результатами вимірювань вмісту СО і СО2 в газовій фазі на фірмі Крупп-Шталь, дозволила графічним шляхом отримати значення критичної концентрації вуглецю [C]кр≈ 0,1 %. Статистична обробка даних дозволила отримати залежності зіставлення експериментальних [C]досл і розрахункових [C]розр вмістів вуглецю при конвертації для:
а) умов зовнішньодифузійного режиму обмеження процесу окислення вуглецю при [C] > [C]кр; [C]досл = 0,929 ∙ [C]розр + 0,019;
б) умов внутрішньодифузійного режиму обмеження процесу окислення вуглецю при[C] < [C]кр: [C]досл = 0,20 ∙ [C]розр + 0,063.
Використання положень макроскопічної кінетики при аналізі даних по окисленню вуглецю в металевому розплаві продувкою технічно чистим киснем, надає допомогу металургам у виборі найбільш точного технологічного варіанту виплавки сталі у великовантажних конвертерах. Отримані і наведені дані можуть бути використані для розробки алгоритмів програм автоматизованих систем управління конвертерною плавкою з одночасним урахуванням необхідності підготовки шихтових матеріалів необхідної якості, насамперед їх фракційного складу. Запропонована методика дослідження окислення домішок металевих розплавів в окислювальних умовах конвертерної плавки з урахуванням вимог макроскопічної кінетики, в тому числі положень теорії критичних концентрацій, дозволить поліпшити якість сталі, що виплавляється, для внутрішніх і світових ринків металопродукції.

Ключові слова: конвертерна сталь, зневуглецювання, штучний інтелект, кінетика і механізм процесу, математична обробка, критична концентрація, автоматизована система управління.

Література

1. Бондарь В.И., Мельник С.Г. Использование элементов искусственного интеллекта при исследовании физи-
ко-химических процессов производства конвертерной стали. Металл и литье Украины. 2020. № 1. С. 24–29.
DOI: https://doi.org/10.15407/steelcast2020.01.024
2. Охотський В.Б., Костьолов О.Л., Сімонов В.К., Ковальов Д.А., Тараканов А.К., Кучер А.Г., Яковлєв Ю.М., Шифрін В.М., 
Шифрін Є.В. Теорія металургійних процесів. К.: ІЗМН, 1997. 512 с.
3. Арсентьев П.П., Падерин С.Н., Серов Г.В., Рыжонков Д.И., Крашенинников М.Г., Казаков Н.Б. Экспериментальные 
работы по теории металлургических процессов. М.: Металлургия, 1989. 288 с.
4. Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов. М.: Металлургия, 1988. 288 с.
5. Карасев Р.А., Самарин А.М. К вопросу об активности углерода и кислорода в расплавах железо – углерод – кислород. 
Изв. АН СССР. ОТН. 1953. № 8. С. 1130–1136.
6. Куликов И.С. Раскисление металлов. М.: Металлургия, 1975. 504 с.
7. Филиппов С.И. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1967. 280 с.
8. Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. Изд. 3-е. М.: Металлургия, 1976. 544 с.
9. Филиппов С.И. Теория процесса обезуглероживания стали. М.: Металлургиздат, 1956. 166 с.
10. Filippov S.I., Mel’nik S.G. Parameters of the intensification of the decarburization of iron melts in the presence of surface active 
sulfur. Izvestia Vysshikh Uchebnykh Zavedenij. Chernaya Metallurgiya. 1977. № 3. P. 7–11.
11. Filippov S.I., Mel’nik S.G. Intensifying removal of carbon from Fe-C melts by action of neutral argon gas. Steel USSR. 1977. 
№ 8. P. 21–28.
12. Мельник С.Г. Энергия активации процесса обезуглероживания Fe – C-расплавов в условиях его внешнедиффузионно-
го лимитирования. Сб. тезисов докладов конф. Т. 3. Металлургия. Мариуполь: ГВУЗ «ПГТУ». 2016. С. 53–56.
13. Nakanishi K., Ooi H., Sumida N., Suzuki T. On the Decarburization Rate of Molten Stainless by Top – blown Oxygen Gas under 
Reduced Pressures. Tetsu To Hagane. 1973. Vol. 59. № 12. P. 1523–1539.
14. Ghosh D.N. Kinetics of the Decarburization of Fe – C Melts. Part 1. High carbon levels. Part 2. Low carbon levels. Ironmaking 
and Steelmaking (Quarterly). 1975. № 1. P. 36–44. P. 45–48.
15. Richardson F.D. Rates of slag/metal reactions and steelmaking processes. Iron and Coal. 1961. Vol. 183. № 4871. Р. 1105–1116.
16. Меджибожский М.Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов. Киев – Донецк: Вища школа. 
Головное изд-во, 1986. 280 с.
17. Сущенко А.В. Определение критической концентрации углерода в кислородном конвертере с верхней продувкой. 
Вісник Приазовського державного технічного університету. 2003. Вип. 13. С. 1–7.
18. Туркенич В.М. Контроль и управление конвертерным производством стали. Вестник АН СССР. 1985. № 5. С. 59–61.
19. Система «ФТИАН – 3». Техническое описание и инструкции по эксплуатации. ФТИ им. А.Ф. Иоффе АН СССР, 1985. 55 с.
20. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. 2-е издание. М.: Наука, 1987. 492 с.
21. Фиге Л., Кайзер Н.-Р., Мах Ю. Измерение в ходе продувки конвертера при помощи фурмы-зонда. Черные металлы. 
1994. № 1. С. 14–16. 
22. Бондарь В.И., Тарасюк Л.И. Исследование процесса кислородного конвертирования методами математической ста-
тистики. Вісник Приазовського державного технічного університету: Зб. наук. пр. Маріуполь: ПДТУ. 2016. Вип. 33.
С. 21–32.
23. Лукомский Я.И. Теория корреляции и ее применение к анализу производства. М.: Госстатиздат,1961. 376 с.
24. Богушевский В.С. Устройство контроля содержания углерода в ванне конвертера. Матеріали наук.-практич. конф. 
«Спеціальна металургія: вчора, сьогодні, завтра». Київ, 2017. С. 148–157.
25. Беленький А.М., Бердышев В.Ф., Блинов О.М., Каганов В.Ю. Автоматическое управление металлургическими процес-
сами. М.: Металлургия, 1989. 384 с.