Сборник научных трудов ДонГТИ

Статья

Наименование Анализ влияния глубины погружения дугового разряда в расплав на эффективность извлечения марганца и кремния из силикомарганцевого шлака
Авторы Куберский С. В., к. т. н., проф.
Раздел Металлургия и материаловедение
Год 2018 Выпуск 52 Страницы 65 - 74
УДК 669.054:669.74
Аннотация Определены температуры начала восстановления основных компонентов рудно-восстановительной смеси на базе шлака от производства силикомарганца при различном давлении в системе и показано незначительное увеличение значений этого термодинамического параметра при заглублении реакционной зоны в расплав на величину до 300 мм. Установлены зависимости, свидетельствующие о положительном влиянии уровня заглубления дуги в расплав на степень извлечения Mn и Si и скорость нагрева металла, а также показано, что оптимальное его значение для рудно-восстановительных блоков использованной конструкции и состава составляет 0,050-0,055 м и обеспечивает минимальный удельный расход электроэнергии на реализацию процесса дугового глубинного восстановления.
Реферат Цель. Теоретический и экспериментальный анализ изменения степени извлечения полезных элементов рудно-восстановительных смесей в металлический расплав, скорости нагрева металла и энергетических затрат на процесс дугового глубинного восстановления (ДГВ) в зависимости от глубины расположения реакционной зоны, на которой протекают реакции восстановления необходимых для раскисления-легирования железоуглеродистого расплава примесей.
Методика. Расчёт теоретической температуры начала восстановления элементов с учётом фазовых переходов и давления в системе. Определение теоретически возможной глубины погружения дуги в железоуглеродистый расплав при работе на переменном и постоянном токе различной полярности по значениям давления, создаваемого ионами на катод и электронами на анод, а также с учётом плотности расплава. Для экспериментального изучения влияния заглубления дуги в расплав на показатели процесса ДГВ Mn и Si из шлака от производства силикомарганца было проведено 54 обработки чугуна и стали в индукционной печи ИСТ-0,06. Обработку 27,5-33 кг металла (среднее 30,4 кг) в течение 4-15 мин (среднее 9 мин) осуществляли на постоянном (обратной полярности) и переменном токе при его силе 180-350 А, напряжении 20-55 В, а уровень заглубления РВБ в расплав изменяли от 25 мм до 70 мм с шагом 5 мм (при заглублении 25 мм было проведено 3 обработки, 30 мм — 3,35 мм — 4,40 мм — 5,45 мм — 11,50 мм — 18,55 мм — 2,60 мм — 3,65 мм — 2,70 мм — 3).
Результаты. Проведены теоретические исследования и расчётным путём определены температуры начала восстановления основных компонентов рудно-восстановительной смеси на базе шлака от производства силикомарганца при различном давлении в системе. Расчётным путём определены теоретически возможные значения уровня погружения электрической дуги в железоуглеродистый расплав при различных параметрах электрического тока. Показано незначительное увеличение температуры начала восстановления рассматриваемых оксидов при заглублении реакционной зоны в расплав на величину до 300 мм. В лабораторных условиях проведены опытные обработки расплава по методу ДГВ и установлено, что увеличение заглубления дугового разряда в расплав с 0,025 м до 0,070 м позитивно сказывается на двух основных показателях процесса ДГВ, а именно количестве восстановленных для раскисления-легирования элементов и скорости нагрева расплава, которые возрастают в 4,1 и 1,8 раза соответственно. Кроме того, установлено, что при большем заглублении дуги значительно улучшается тепловой баланс процесса и возникают благоприятные условия для более глубокого извлечения кремния, а с точки зрения расхода электроэнергии оптимальным является диапазон заглубления дуги в расплав в пределах 0,050-0,055 м.
Научная новизна. Впервые установлены зависимости, свидетельствующие о положительном влиянии уровня заглубления дуги в расплав на степень извлечения Mn и Si и скорость нагрева металла, а также показано, что оптимальное его значение для рудно-восстановительных блоков использованной конструкции и состава составляет 0,050-0,055 м и обеспечивает минимальный удельный расход электроэнергии на реализацию процесса дугового глубинного восстановления.
Практическая значимость. Возможность повышения степени извлечения марганца и кремния в железоуглеродистый расплав и скорости его нагрева. Показаны пути снижения энергозатрат на реализацию процесса ДГВ.
Ключевые слова термодинамика, температура, восстановление, заглублённая дуга, избыточное давление, степень извлечения, скорость нагрева, расход электроэнергии.
Полный текст