Registration Number
0825U000505, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
01-04-2025
popup.evolution
o
Title
Development of technological foundations of oxidizing melt purging in a ladle during the production of low-carbon steels.
Author
Arendach Natalia A.,
popup.head Lavr S. Molchanov
popup.opponent Aleksei N. Smirnov
popup.opponent Oleksandr V. Zhadanos
popup.review Віталій П. Піптюк
popup.review Volodymyr H. Kysliakov
popup.rada
Institute of Ferrous Metallurgy. ZI Nekrasov of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
У дисертаційній роботі представлено результати огляду джерел сучасної науково-технічної бази щодо технологічних аспектів виробництва сталей з вмістом вуглецю нижче 0,1%. Встановлено, що технологій з виплавки сталей з вмістом вуглецю нижче 0,1 % у кисневих конвертерах з подачею нейтрального газу з низу, а основного кисню зверху, які використовуються на сучасних металургійних підприємствах, супроводжуються зниженням виходу придатного рідкої сталі у порівнянні з виробництвом сталей вуглецевого сортаменту. Використання методів окислювальної продувки на етапі вакуумування сталі є найбільш ефективним методом зниження вмісту вуглецю нижче концентрації 0,1%. Це зумовлено саме значним впливом зовнішнього тиску на процеси окислення (моноксид вуглецю є газоподібною речовиною). Підтверджена доцільність виділення двох етапів у процесі виробництва сталей з вмістом вуглецю менше 0,1%: видалення вуглецю з розплаву до рівня 0,2% у процесі виплавки; досягнення концентрації вуглецю нижче 0,1% за рахунок доведення металу на етапі позапічної обробки сталі.
Проведено термодинамічні розрахунки процесу окислення домішок залізовуглецевого розплаву за рахунок донної продувки кисеньвмістною газовою фазою, які дозволили встановити черговість та пріоритетність процесів окислення у металевій ванні й вплив на них надмірного тиску. Таким чином, підтверджена теоретична можливість ефективного видалення вуглецю на етапі позапічної обробки сталі за рахунок донної продувки кисеньвмістним газом у бульбашковому режимі.
Шляхом проведення комплексного дослідження, яке передбачало використання методів тіньової зйомки та низькотемпературного моделювання, була визначена раціональна конструкція донного продувного блоку для введення кисеньвмістної газової фази в об’єм металевого розплаву. Встановлено, що продувний блок розробленої конструкції повинен складатися: з каналів для підведення технологічних газів, камери-змішувача технологічних газів, бульбашкоутворювача для надання газовій фазі більшої поверхні контакту з металом. Щодо кожного з елементів продувного блоку встановлені раціональні параметри: найбільш ефективною конструкцією бульбашкоутворювача в складі донного пристрою для продування розплавів є використання матеріалів з неорієнтованою пористістю та щілинною пористістю з шириною щілин 1-2 мм, використання яких дозволяє отримати стабільний стовп дрібних бульбашок, що скорочує час гомогенізації розплав; відповідно до емпірично отриманих результатів канали для ведення різних продувних газів в камеру повинні знаходитися під кутом до вертикальної вісі в межах 25- 40о. Конструкція розробленого донного блоку для продувки металевого розплаву сумішшю технологічних газів у ковші захищена патентом України на корисну модель № 1226453 «Вогнетривкий блок для продувки металу газами».
Проведені дослідження на натурній холодній моделі сталерозливного ковша щодо розчинення «важких» присадок речовин при продуванні крізь донну фурму за бульбашковим режимом з метою встановлення особливостей массообмінних процесів. За їх результатами було встановлено, що під час продувки крізь блок з ненаправленою пористістю формується потік бульбашок, який не тільки підіймається вгору під дією сил Архімеда, але й створює додатковий рух середовища в прилеглих до потоку бульбашок шарах ванни; найкращі умови перемішування ванни та найкоротший час її гомогенізації створюються при продуванні з інтенсивністю подачі продувного газу 0,684-1,026 м3/т∙сталі год; найкращі умови щодо коливання рідкої ванни, які не повинні утворювати ділянки оголеного металу під час продувки, створюються при інтенсивності введення продувного газу 0,684-1,026 м3/т сталі∙год; за відведений при виконанні досліджень час продувки заплановану концентрацію розчину 1% було досягнуто при інтенсивності введення у ванну газу 1,026 -1,368 м3/т∙сталі год, при більш швидкому досягненні «гомогенного» стану рідкої ванни при інтенсивності подачі газу 1,026 м3/т∙ сталі год. Тобто рекомендацією для продування ванни у сталерозливному ковші крізь донний блок з ненаправленою пористістю у бульбашковому режимі для здійснення процесу зневуглецювання розплаву є продувка з інтенсивністю введення газу на рівні 0,36 м3/т сталі∙год (при перерахуванні на реальний промисловий об’єкт – сталерозливний ківш ємністю 250т).
За результатами високотемпературного моделювання процесу продувки залізовуглецевого розплаву з невеликим вмістом вуглецю (0,3%мас) сумішшю кисень – нейтральний газ через одинарний продувний канал, що імітує бульбашковий режим донної продувки, встановлено, що раціональним з точки зору окислення вуглецю та експлуатації продувних пристроїв є вміст у газовій суміші кисню 20-30%. При цьому процес окислення відбувається зі швидкістю 0,056%мас/хв і супроводжується пріоритетним окисленням вуглецю у багатокомпонентному залізовуглецевому розплаві.
Registration Date
2025-02-12
popup.nrat_date
2025-02-12 / 2026-07-01
