Щодо взаємодії і захоплення металевих крапель доменним шлаком
DOI:
https://doi.org/10.15407/mom2024.02.003Ключові слова:
доменні шлаки, в’язкість, втрати металу, кристалізація, скануюча електронна мікроскопіяАнотація
Досліджено механізм захоплення металевих крапель у шлаковому розплаві на прикладі доменних шлаків, що є важливою практичною проблемою, зокрема, для підвищення продуктивності металургійних агрегатів, а також для подальшої переробки шлаків. На підставі аналізу літературних даних показана вирішальна роль в'язкості доменного шлаку у зниженні втрат із ним чавуну на випуску з доменної печі. Зменшення в’язкості шлаків сприяє більш швидкому осіданню дрібних крапель чавуну в об’ємі шлаку. Зазначено, що для зміни в’язкості доменних шлаків, відповідно і втрат із ним чавуну, одним з найбільш впливових параметрів є відношення CaO/SiO2. Для забезпечення мінімальної в’язкості доменних шлаків необхідно встановити оптимальний хімічний склад шлаку, зокрема відношення CaO/SiO2, яке має безпосередній вплив на кристалізаційну здатність шлаків і відповідно на його властивості. Виконано дослідження особливостей температурної залежності в'язкості розплавів доменних шлаків з використанням методики оцінки кількості твердої фази у розплаві при його охолодженні. Виконані розрахунки об'ємної частки твердої фази для доменних шлаків свідчать про те, що підвищення відношення CaO/SiO2 у шлаках призводить до підвищення їх кристалізаційної здатності за рахунок чого підвищується в’язкість.
Виконано дослідження мікроструктури та хімічного складу окремих фаз зразка доменного шлаку з використанням скануючої електронної мікроскопії (СЕМ). Встановлено що дослідний шлак містив що найменше три фази. Основною (матричною) фазою була аморфна фаза, яка містила переважно SiO2 і Al2O3. В об’ємі матричної фази містилися вкраплення кристалічної фази різного розміру, до складу якої переважно входили CaO і SiO2. В об’ємі кристалічної фази було виявлено металічну фазу, яка складалася переважно з Fe та Mn і мала правильну округлу форму. Округла форма металевих крапель в об’ємі шлаку може свідчити про те, що захоплення їх шлаком відбулося ще у рідкому стані.
Описано механізм захоплення металевої краплі шлаком. Суть механізму полягає в тому, що металева крапля слугує каркасом (центром) для зародження і подальшого росту кристалічної фази в об’ємі шлаку, так як на кордоні розділу «металева крапля-шлак» знижується її поверхнева енергія. Подальший ріст кристалічної фази навколо металевої краплі призводить до збільшення її підіймальної сили, яка сприяє утриманню металевих крапель в шлаковому розплаві. Утворення кристалічної фази, призводить до утворення гетерогенного шлакового розплаву, в наслідок чого погіршуються технологічні властивості шлаку, зокрема може підвищуватися в’язкість, що пояснює зв'язок в’язкості шлаку з втратами чавуну в його складі.
Посилання
Li Z, Li J., Spooner S., Seetharaman S., Steel Research International, 2022, Vol. 93 (3), 2100167, ISSN 1611-3683. [in English] https://doi.org/10.1002/srin.202100167
Schrama F. N. H., Ji F., Hunt A., Beunder E. M., Woolf R., Tuling A., Warren P., Sietsma J., Boom R., Yang Y., Ironmaking & Steelmaking, 2020, Vol. 47 (5), pp. 464-472. [in English] https://doi.org/10.1080/03019233.2020.1747778
Min D.J., Tsukihashi F., Metals and Materials International, 2017, Vol. 23, pp. 1–19. [in English] https://doi.org/10.1007/s12540-017-6750-5
Yang A. F., Karasev A., Jönsson P. G., ISIJ International, 2015, Vol. 55, No. 3, pp. 570–577. [in English] https://doi.org/10.2355/isijinternational.55.570
Bellemans I., De Wilde E., Moelans N., Verbeken K., Advances in Colloid and Interface Science, 2018, Vol. 255, pp. 47-63, ISSN 0001-8686. [in English] https://doi.org/10.1016/j.cis.2017.08.001
Stepanenko D., Lithuanian Journal of Physics, 2023, Vol. 63, No. 1, pp. 40–45. [in English] https://doi.org/10.3952/physics.2023.63.1.6
Stovpchenko G., Togobitskaya D., Lisova L., Stepanenko D., Medovar L., Ironmaking and Steelmaking, 2022, Vol. 49(6), pp. 572–580. [in English] https://doi.org/10.1080/03019233.2022.2026043
Stepanenko D. A., Volkova O., Heller H.P. et al., Steel Translation, 2017, Vol. 47, pp. 610–613. [in English] https://doi.org/10.3103/S0967091217090133
Podder A., Coley K. S., Phillion A. B., Steel research international, 2024,Vol. 95, Issue 5, 2300330. [in English] https://doi.org/10.1002/srin.202300330
Urban W., Weinberg M., Cappel J., Iron Steel Technology, 2014, Vol. 12, No. 4, pp. 91–102. [in English]
Prihodko E. V., Togobitskaya D.N., Hamhotko A.F., Stepanenko D.A. Prognozirovannie fiziko-himicheskih svoystv oksidnih sistem (Predicted physical and chemical properties of oxide systems), Dnepropetrovsk: Porogi, 2013, 339 p. [in Russian].
Cherzer A.N., Korshikov S.V., Kotuhov V.I., Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya, 1989, No. 10, pp. 11-14. [in Russian]
Novohatskiy I.A., Arharov V.I., DAN SSSR. Fizicheskaya himiya, 1971, Vol. 201, No. 4, pp. 905-908. [in Russian]
Skryabin V.G., Novohatskiy I.A., ZhFH, 1971, Vol. XLIX, No. 11, pp.2759-2762. [in Russian]
Zhilo N.L., Bolshakova L.I., Ostrouhov M.Ya. i dr. Shlakovyiy rezhim domennyih pechey (Slag mode of blast furnaces), M.: Metallurgiya, 1967, 318 p. [in Russian]
Stepanenko D.A., Togobitskaya D.N., Hamhotko A.F., Baumer V. N., Metall i lite Ukrainyi, 2012, Vol. 1(224), pp. 35-38. [in Russian].
McKechnie D., Anker S., Zahid S., Mulheran P. A., Sefcik J., Johnston K., The Journal of Physical Chemistry Letters, 2020, Vol. 11 (6), pp. 2263-2271. [in English] https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c00540
Chen J., Sun H.F., Lin W.M., Shi Y.L., Yi G.L., Metalurgija, 2012, Vol. 51 (2), pp. 195-198. [in English]
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 D. O. Stepanenko, D. M. Togobitska
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
