Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия

Сделан прогноз свойств шлаков ЭШП с использованием модели упорядоченной структуры оксидных расплавов. Модель представлена системой уравнений, позволяющих прогнозировать свойства шлаков. Выполнен расчет параметров структурного и зарядового состояния δe; ρ; d; tgαК исследуемых шлаков и статистический...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Тогобицкая, Д.Н., Стовпченко, А.П., Лисова, Л.А., Полишко, А.А., Степаненко, Д.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2016
Назва видання:	Современная электрометаллургия
Теми:	Электрошлаковая технология
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132798
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия / Д.Н. Тогобицкая, А.П. Стовпченко, Л.А. Лисова, А.А. Полишко, Д.А. Степаненко // Современная электрометаллургия. — 2016. — № 4 (125). — С. 16-21. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-132798
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1327982018-04-28T03:03:36Z Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия Тогобицкая, Д.Н. Стовпченко, А.П. Лисова, Л.А. Полишко, А.А. Степаненко, Д.А. Электрошлаковая технология Сделан прогноз свойств шлаков ЭШП с использованием модели упорядоченной структуры оксидных расплавов. Модель представлена системой уравнений, позволяющих прогнозировать свойства шлаков. Выполнен расчет параметров структурного и зарядового состояния δe; ρ; d; tgαК исследуемых шлаков и статистический анализ влияния этих параметров на величины вязкости и электропроводности. На основе регрессионного анализа исследуемых данных получены модели, которые описывают вязкость и электропроводность шлаков с использованием наиболее значимых параметров. Для десяти составов оксидно-фторидных шлаков уточнены модели вязкости и электропроводности, что позволило провести вычислительный эксперимент по влиянию компонентного состава шлака на его свойства. Исследовано влияние добавок FeO и Al₂O₃ в количестве от 2 до 12 % на вязкость и электропроводность шлаковой системы 30 % CaF2–40 % CaO–12 % SiO₂–18 % Al₂O₃. Показано, что добавка FeO разжижает шлак, повышая элетропроводность. Увеличение содержания Al₂O₃ приводит к незначительному повышению вязкости и несущественно снижает электропроводность. Prediction of properties of ESR slags using the model of ordered structure of oxide melts was made. Model is presented by a system of equations allowing predicting the slag properties. Calculation of parameters of structural and charged state Δe; ρ; d; tgaК of slags being investigated and statistic analysis of effect of these parameters on values of viscosity and electric conductivity was made. On the basis of regressive analysis of investigated data the models are obtained which describe the viscosity and electric conductivity of slags by using the most important parameters. For 10 compositions of oxide-fluoride slags the models of viscosity and electric conductivity were précised, that allowed carrying out the computational experiment on effect of component of composition of slag on its properties. The effect of additions of FeO and Al₂O₃ in the amount from 2 up to 12 % on viscocity and electric conductivity of slag system 30 % CaF2–40 % CaO–12 % SiO₂–18 % Al₂O₃ was investigated. It was shown that addition of FeO liquefies the slag, increasing the electric conductivity. Increase in content of Al₂O₃ leads to negligible increase of viscosity and slight reduction in electric conductivity. 2016 Article Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия / Д.Н. Тогобицкая, А.П. Стовпченко, Л.А. Лисова, А.А. Полишко, Д.А. Степаненко // Современная электрометаллургия. — 2016. — № 4 (125). — С. 16-21. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0233-7681 DOI: doi.org/10.15407/sem2016.04.03 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132798 669.117.56.002.6 ru Современная электрометаллургия Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология
spellingShingle	Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология Тогобицкая, Д.Н. Стовпченко, А.П. Лисова, Л.А. Полишко, А.А. Степаненко, Д.А. Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия Современная электрометаллургия
description	Сделан прогноз свойств шлаков ЭШП с использованием модели упорядоченной структуры оксидных расплавов. Модель представлена системой уравнений, позволяющих прогнозировать свойства шлаков. Выполнен расчет параметров структурного и зарядового состояния δe; ρ; d; tgαК исследуемых шлаков и статистический анализ влияния этих параметров на величины вязкости и электропроводности. На основе регрессионного анализа исследуемых данных получены модели, которые описывают вязкость и электропроводность шлаков с использованием наиболее значимых параметров. Для десяти составов оксидно-фторидных шлаков уточнены модели вязкости и электропроводности, что позволило провести вычислительный эксперимент по влиянию компонентного состава шлака на его свойства. Исследовано влияние добавок FeO и Al₂O₃ в количестве от 2 до 12 % на вязкость и электропроводность шлаковой системы 30 % CaF2–40 % CaO–12 % SiO₂–18 % Al₂O₃. Показано, что добавка FeO разжижает шлак, повышая элетропроводность. Увеличение содержания Al₂O₃ приводит к незначительному повышению вязкости и несущественно снижает электропроводность.
format	Article
author	Тогобицкая, Д.Н. Стовпченко, А.П. Лисова, Л.А. Полишко, А.А. Степаненко, Д.А.
author_facet	Тогобицкая, Д.Н. Стовпченко, А.П. Лисова, Л.А. Полишко, А.А. Степаненко, Д.А.
author_sort	Тогобицкая, Д.Н.
title	Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия
title_short	Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия
title_full	Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия
title_fullStr	Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия
title_full_unstemmed	Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия
title_sort	прогнозирование физико-химических свойств шлаков эшп на основе модели межатомного взаимодействия
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Электрошлаковая технология
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132798
citation_txt	Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия / Д.Н. Тогобицкая, А.П. Стовпченко, Л.А. Лисова, А.А. Полишко, Д.А. Степаненко // Современная электрометаллургия. — 2016. — № 4 (125). — С. 16-21. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Современная электрометаллургия
work_keys_str_mv	AT togobickaâdn prognozirovaniefizikohimičeskihsvojstvšlakovéšpnaosnovemodelimežatomnogovzaimodejstviâ AT stovpčenkoap prognozirovaniefizikohimičeskihsvojstvšlakovéšpnaosnovemodelimežatomnogovzaimodejstviâ AT lisovala prognozirovaniefizikohimičeskihsvojstvšlakovéšpnaosnovemodelimežatomnogovzaimodejstviâ AT poliškoaa prognozirovaniefizikohimičeskihsvojstvšlakovéšpnaosnovemodelimežatomnogovzaimodejstviâ AT stepanenkoda prognozirovaniefizikohimičeskihsvojstvšlakovéšpnaosnovemodelimežatomnogovzaimodejstviâ
first_indexed	2025-07-09T18:03:07Z
last_indexed	2025-07-09T18:03:07Z
_version_	1837193438014996480
fulltext	16 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УДК 669.117.56.002.6 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ фИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОйСТВ ШЛАКОВ ЭШП НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ МЕжАТОМНОГО ВЗАИМОДЕйСТВИЯ* Д. Н. Тогобицкая1, А. П. Стовпченко2, Л. А. Лисова2, А. А. Полишко2, Д. А. Степаненко1 1Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины. 49000, г. Днепр, пл. Академика Стародубова, 1. E-mail: office@isi.gov.ua 2Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Сделан прогноз свойств шлаков ЭШП с использованием модели упорядоченной структуры оксидных распла- вов. Модель представлена системой уравнений, позволяющих прогнозировать свойства шлаков. Выполнен рас- чет параметров структурного и зарядового состояния Δe; ρ; d; tgaК исследуемых шлаков и статистический ана- лиз влияния этих параметров на величины вязкости и электропроводности. На основе регрессионного анализа исследуемых данных получены модели, которые описывают вязкость и электропроводность шлаков с исполь- зованием наиболее значимых параметров. Для десяти составов оксидно-фторидных шлаков уточнены модели вязкости и электропроводности, что позволило провести вычислительный эксперимент по влиянию компо- нентного состава шлака на его свойства. Исследовано влияние добавок FeO и Al2O3 в количестве от 2 до 12 % на вязкость и электропроводность шлаковой системы 30 % CaF2–40 % CaO–12 % SiO2–18 % Al2O3. Показано, что добавка FeO разжижает шлак, повышая элетропроводность. Увеличение содержания Al2O3 приводит к не- значительному повышению вязкости и несущественно снижает электропроводность. Библиогр. 6, табл. 3, ил. 4. К л ю ч е в ы е с л о в а : физико-химическое моделирование; шлак; электрошлаковый переплав; вязкость, элек- тропроводность Введение. Изучение и совершенствование шлаков для электрошлакового переплава (ЭШП) по-преж- нему остается одним из ключевых направлений в области специальной электрометаллургии. Это связано с постоянным усложнением химического состава сталей и сплавов, подвергаемых ЭШП, и необходимостью повышения его эффективности. Для управления электрошлаковым процессом не- обходимо знать физико-химические характери- стики шлаков [1, 2]. К наиболее важным свойствам шлаков ЭШП относятся вязкость и электросопротивление, ве- личины которых зависят как от соотношения компонентов, так и от температуры процесса. При большем электросопротивлении шлака уве- личивается тепловыделение в шлаковой ванне, что способствует большей энергоэффективности процесса. Однако это сопровождается повыше- нием температуры шлака и металла, что ведет к увеличению глубины жидкометаллической ванны и ухудшению структуры слитка. Вязкость шлаков также должна быть в оптимальном диапазоне, чтобы обеспечить формирование тонкой сплош- ной корочки гарнисажа, под которой слиток будет иметь гладкую поверхность без гофр и заливов. Традиционный анализ диаграмм состояния шлаковых систем способствует уменьшению объема прямых экспериментов, но для многоком- понентных составов диаграммы зачастую фраг- ментарны или отсутствуют. Поэтому для реше- ния задач оптимизации компонентного состава и создания новых шлаков для ЭШП целесообразно использование современных методов физико-хи- мического моделирования. Основы моделирования оксидных расплавов. В настоящей работе сделана попытка прогнозиро- вания свойств шлаков ЭШП с использованием мо- дели упорядоченной структуры оксидных распла- вов, учитывающей межатомные взаимодействия на основе системы неполяризованных ионных радиусов [3]. Модель представлена системой уравнений, по- зволяющих прогнозировать свойства шлаков по По материалам доклада, представленного на VIII Международной конференции «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах», г. Одесса, 19–23 сентября 2016 г. © Д. Н. ТОГОБИЦКАЯ, А. П. СТОВПЧЕНКО, Л. А. ЛИСОВА, А. А. ПОЛИШКО, Д. А. СТЕПАНЕНКО, 2016 17ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ряду среднестатистических параметров, характе- ризующих оксидную систему как единое целое: Δe — среднестатистическое число электронов, локализуемых на орбиталях в направлении связи катион (К)–анион (А). Выполняет функции хими- ческого эквивалента системы: 1 1 , K-A n m ai kj i i e D D e = = ∆ = ∆∑ ∑ (1) где Dai, Dkj — атомные доли А и К в соответствую- щих подрешетках; ρ — показатель стехиометрии оксидной систе- мы, равный отношению числа катионов (К) к чис- лу анионов (А): 1 1 , K A i i m i m i M M = = ρ = ∑ ∑ (2) где Ki M , Ai M — мольные доли К и А в их подре- шетках; m — количество оксидов в системе; d — среднестатистическое межъядерное рас- стояние К–А; tgaК — среднестатистический параметр, харак- теризующий индивидуальность катионной подре- шетки: 1 . K K K tg tg i i n i M = a = a∑ (3) Шлаковый расплав трактуется как химически единая система, где влияние состава на структуру и свойства проявляется соотношением характери- стик межатомных связей в непрерывном анионном каркасе. Введение комплекса модельных параме- тров Δe; ρ; d; tgaК позволяет обобщить опытные данные в виде моделей и оценить влияние состава на свойства шлака. Наличие моделей для прогно- Т а б л и ц а 1 . Химический состав и экспериментально полученные свойства шлаков ЭШП при Т = 1400 оС Шлаки Химический состав шлаков, мас. % Свойства CaF2 Al2O3 CaO SiO2 MgO TiO2 FeO Вязкость, Па∙с Электро- проводность, 1/ Ом∙м АНФ-39 32,0 33,0 29,5 2,0 3,0 0,2 – 0,0393 257 1 30,0 18,0 33,8 18,2 – – – 0,0655 112 2 30,0 18,0 36,0 16,0 – – – 0,04585 100 3 30,0 18,0 38,0 14,0 – – – 0,04978 115 4 30,0 18,0 40,0 12,0 – – – 0,03406 220 5 30,0 18,0 38,0 12,0 – – 2,0 0,03144 162 6 30,0 18,0 37,0 11,0 – – 4,0 0,03013 196 7 30,0 18,0 36,0 10,0 – – 6,0 0,02882 144 8 30,0 20,0 38,0 12,0 – – – 0,03668 145 9 30,0 22,0 37,0 11,0 – – – 0,04192 127 10 30,0 24,0 36,0 10,0 – – – 0,04454 149 11 56,0 22,0 – – – 22,0 – 0,01048 450 12 50,0 20,0 – – 10,0 20,0 – 0,00917 484 13 44,0 18,0 – – 20,0 18,0 – 0,01048 380 14 61,0 22,0 – – – 17,0 – 0,00786 280 15 51,0 22,0 – – – 27,0 – 0,01703 205 16 61,0 17,0 – – – 22,0 – 0,01048 300 17 51,0 27,0 – – – 22,0 – 0,00917 270 18 56,0 17,0 – – – 27,0 – 0,01048 343 19 56,0 27,0 – – – 17,0 – 0,00786 328 22 58,0 25,0 – – 17,0 - – 0,01572 580 24 52,2 22,5 – – 15,3 10,0 – 0,016 263 27 55,1 23,75 16,15 – - 5,0 – 0,015 498 28 52,1 22,5 15,30 – - 10,0 – 0,020 325 29 58,0 27,5 8,50 – 8,50 – – 0,046 366 30 55,1 23,75 8,076 – 8,075 5,0 – 0,033 332 31 52,2 22,5 7,65 – 7,65 10,0 – 0,014 272 37 32,0 32,0 32,0 – 3,0 – – 0,04847 193 38 32,0 31,5 32,0 1,5 3,0 – – 0,04061 206 39 31,0 31,0 32,0 3,0 3,0 – – 0,04323 208 40 32,0 31,0 31,0 – 6,0 – – 0,07336 117 42 31,0 31,0 31,0 – 3,0 3,0 – 0,06419 135 43 30,0 29,0 29,0 – 3,0 9,0 – 0,06288 156 *Измерения проводили в ИЭС им. Е.О. Патона с участием И. А. Гончарова и Д. Д. Мищенко. 18 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ за дает возможность оптимизировать состав шлака для получения требуемых свойств путем наложе- ния соответствующих процедур [4, 5]. Модели для прогнозирования вязкости и элек- тропроводности шлаков ЭШП. Литературные и собственные экспериментальные исследова- ния свойств шлаков ЭШП введены в базу данных «Шлак» банка данных «Металлургия» (табл. 1) для опробования возможностей описанной мето- дики прогнозирования их свойств [6]. Следует отметить, что шлаки ЭШП представ- ляют собой многокомпонентные системы, кото- рые в отличие от большинства металлургических шлаков содержат много фторида кальция, высо- кая электропроводность которого обеспечивает протекание электрошлакового процесса. Помимо фтористого кальция в состав шлаков ЭШП чаще всего входят оксиды алюминия и кальция, кото- рые являются прочными оксидами с высокой тем- пературой плавления. Для увеличения интервала кристаллизации шлака, снижения его температу- ры плавления в его состав дополнительно вводят оксиды кремния, магния, а для шлаков специаль- ного назначения — титана. Большое число компонентов в составе шлаков усложняет определение влияния каждого из них на технологически важные свойства. Поэтому вы- полнен расчет параметров структурного и зарядо- вого состояния Δe; ρ; d; tgaК исследуемых шлаков, величины которых представлены в табл. 2. Проведен статистический анализ влияния па- раметров межатомного взаимодействия на ве- личины вязкости и электропроводности шлаков ЭШП. Наиболее значима связь величины вязкости шлака с показателем стехиометрии — ρ и пара- метром зарядового состояния — ∆е (рис. 1). Ко- эффициенты детерминации (R2) полученных за- висимостей составили 0,499 и 0,753 для влияния параметров межатомного взаимодействия ∆е и ρ соответственно. На основе выполненного регрессионного ана- лиза исследуемых данных получена модель, ко- Т а б л и ц а 2 . Параметры структурного и зарядового состояния исследуемых шлаков Шлак Δe tgα ρ d АНФ-39 0,1718 0,1536 0,6877 2,2362 1 –0,8616 0,1410 0,6555 2,5224 2 0,6754 0,1424 0,6656 2,4764 3 –0,4927 0,1436 0,6750 2,4296 4 –0,2934 0,1448 0,6846 2,3768 5 –0,5965 0,1437 0,6836 2,4846 6 –0,7776 0,1432 0,6875 2,5592 7 –0,9419 0,1427 0,6915 2,6286 8 –0,3208 0,1449 0,6796 2,3781 9 –0,2421 0,1457 0,6794 2,3507 10 –0,1588 0,1464 0,6792 2,3218 11 –2,3895 0,1398 0,5409 3,4724 12 –2,6122 0,1488 0,5848 3,5576 13 –2,7717 0,1566 0,6292 3,6122 14 –2,0167 0,1427 0,5409 3,3320 15 –2,6984 0,1368 0,5410 3,5788 16 –2,3640 0,1391 0,5319 3,5133 17 –2,4122 0,1404 0,5499 3,4320 18 –2,6756 0,1361 0,5319 3,6205 19 –2,0424 0,1432 0,5498 3,2931 22 –1,4569 0,1639 0,6261 3,0334 24 –2,2146 0,1578 0,6141 3,380 27 –0,3275 0,1498 0,6032 2,5723 28 –1,2039 0,1470 0,5978 2,9411 29 –0,3635 0,1581 0,6124 2,564 30 –1,2933 0,1556 0,6119 2,9685 31 –1,7960 0,1526 0,6061 3,1937 37 0,6028 0,1549 0,6993 2,1047 38 0,3492 0,1539 0,6954 2,1834 39 0,1259 0,1530 0,6937 2,2495 40 –0,0145 0,1567 0,7067 2,3244 42 –0,3315 0,1533 0,6934 2,8580 43 –1,2937 0,1503 0,6797 2,2023 19ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ торая описывает вязкость исследуемых шлаков с использованием значимых параметров: 2lg 3,614 0,098 3,266 , ( 0,86).e Rh = − + ∆ + ρ = (4) Графическая интерпретация точности модели представлена на рис. 2. Высокая степень совпадения расчетных и экс- периментальных данных дает основание для при- менения полученной модели при прогнозирова- нии вязкости шлаков похожих систем. Аналогичным образом выполнили корреляцион- но-регрессионный анализ связи электропроводно- сти с химическим составом исследуемых шлаков, «свернутым» через параметры межатомного взаи- модействия. Влияние наиболее значимых параме- тров на электропроводность шлаков представлено на рис. 3. Для прогнозирования электропроводности ис- следуемых составов шлаков с учетом нелинейно- сти взаимосвязи (χ – ∆e) получена модель: 2 2lg 4,319 2,974 0,092 0,018 , ( 0,81).e e Rχ = − ρ + ∆ + ∆ = (5) Следует отметить, что для фторсодержащих кремнеземистых шлаков (шлаки 1–10) отклонение экспериментальных данных электропроводности от рассчитанных величин довольно существенно. Причиной этого может быть как недостаток дан- ных экспериментальных измерений для статисти- ческого анализа, так и наличие в силикатсодер- жащих шлаках кремнийкислородной полимерной сетки, влияющей на зарядовое состояние атомов. Для вязкости и электропроводности шлаков 1–10 при температуре 1400 оС получены более точные модели с привлечением параметра tgα: η = 0,627909 + + 0,847693·tga – 1,04545ρ, (R2 = 0,88), (6) χ = –1489,31 + + 266,6032·tga + 2356,361ρ, (R2 = 0,70). (7) Эти модели описывают свойства шлаков с су- щественно более высокой точностью, достаточ- ной для проведения численного эксперимента влияния химического состава шлака на исследуе- мые свойства. Риc. 1. Зависимость вязкости (η) шлаков ЭШП от параметров межатомного взаимодействия ∆е, ρ при t = 1400 oС и R2 равном 0,499 (а); 0,753 (б) Рис. 2. Соотношение экспериментальных и расчетных зна- чений вязкости исследуемых шлаковых расплавов при R2 = = 0,868 Рис. 3. Связь электропроводности (χ) исследуемых шлаков и параметров межатомного взаимодействия ∆e, ρ при t = 1400 оС и R2 равном 0,455 (а); 0,463 (б) 20 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Проведение эксперимента. Электрошлаковый переплав — длительный процесс, в ходе которого состав шлака изменяется. Так, из окалины, при- сутствующей на поверхности электрода, в шлак попадают оксиды железа, что делает необходи- мым раскисление шлака, которое обычно произ- водят присадками алюминия. С учетом этого с использованием моделей (6, 7) выполнен расчет влияния на вязкость и электропроводность шлако- вой системы состава 30 % CaF2–40 % CaO–12 % SiO2–18 % Al2O3 добавок FeO и Al2O3 в количестве от 2 до 12 %. Рассчитанные значения параметров межатомного взаимодействия и прогнозируемые с помощью моделей значения вязкости и электро- проводности таких шлаков представлены в табл. 3. Геометрическая интерпретация полученных результатов численного эксперимента представле- на на рис. 4. Показано, что добавка FeO в базовую шлако- вую систему оказывает разжижающее действие на шлак, повышая при этом электропроводность. Повышение содержания Al2O3 несколько увели- чивает вязкость шлака, однако незначительно. Влия- ние оксида алюминия на электропроводность носит обратный характер, но тоже несущественный. Полученный прогноз изменения свойств шла- ка с различным содержанием оксидов алюминия и железа в целом укладывается в общепринятые представления и подтверждается многолетней практикой. В развитие настоящей работы для повышения точности прогноза свойств шлаков по физико-хи- мической модели база данных «Шлак» дополнена результатами, полученными разными авторами для различных шлаков ЭШП. Кроме того, запла- нирована серия экспериментов по выплавке шла- ков и измерения их вязкости и электропроводно- сти при различных температурах. Выводы 1. Экспериментальные данные по вязкости и элек- тропроводности шлаков ЭШП различных оксид- но-фторидных систем включены в базу данных «Шлак» банка данных «Металлургия». 2. С позиции концепции направленной хими- ческой связи на уровне межатомного взаимодей- ствия построены модели для прогнозирования вязкости и электропроводности шлаков ЭШП. Адекватность полученной модели вязкости под- тверждена результатами других авторов, содержа- щихся в банке данных. 3. Численным экспериментом показано влия- ние добавок FeO и Al2O3 на вязкость и электро- проводность шлака системы 30 % CaF2–40 % СaO–18 % Al2O3–12 % SiO2, характер которого соответствует известной практике электрошла- ковых процессов. Рис. 4. Влияние добавок FeO (1) и Al2O3 (2) на вязкость (а) и электропроводность (б) шлаков системы 30 % CaF2–40 % СaO– 18 % Al2O3–12 % SiO2 Таблица 3. Параметры межатомного взаимодействия и прогнозируемые величины свойств шлака 30 % CaF2– 40 % CaO–12 % SiO2–18 % Al2O3 с добавками FeO и Al2O3 № п/п Добавки, мас. % Параметры меж- атомного взаимодействия Прогнозируемые величины свойств Al2O3 FeO tgα ρ η1400, Па·с χ1400, 1/Ом∙м 1 0 0 0,1448 0,6846 0,0349 162,46 2 0 0 0,1448 0,6846 0,0349 162,46 3 2 0 0,1451 0,6842 0,0356 161,60 4 4 0 0,1453 0,6838 0,0362 160,71 5 6 0 0,1456 0,6834 0,0368 159,84 6 8 0 0,1458 0,6830 0,0374 158,96 7 10 0 0,1460 0,6827 0,0379 158,30 8 12 0 0,1462 0,6823 0,0385 157,41 9 0 2 0,1439 0,6882 0,0304 170,70 10 0 4 0,1430 0,6917 0,0259 178,71 11 0 6 0,1421 0,6952 0,0215 186,72 12 0 8 0,1412 0,6985 0,0173 194,25 13 0 10 0,1404 0,7018 0,0132 201,82 14 0 12 0,1396 0,7050 0,0092 209,14 21ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 4. Модель для прогноза электропроводности шлаков требует уточнения путем проверки и уве- личения количества экспериментальных данных по шлакам ЭШП в базе данных. После уточне- ния прогнозные модели могут стать перспектив- ным инструментом оптимизации составов шлаков ЭШП с целью обеспечения заданных технологи- ческих свойств. 1. Металлургия электрошлакового процесса / Б. И. Медо- вар, А. К. Цыкуленко, В. Л. Шевцов [и др.]. — К.: Наукова думка, 1986. — 248 с. 2. Современные требования к процессу и шлакам электро- шлакового переплава / Л. Б. Медовар, А. П. Стовпченко, Л. А. Лисова [и др.] // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2012. — № 07. — С. 297–301. 3. Приходько Э. В. Металлохимия многокомпонентных систем / Э. В. Приходько. — М.: Металлургия, 1995. — 320 с. 4. К вопросу выбора оптимального состава шлака — де- сульфуратора трубных марок стали / Д. Н. Тогобицкая, В. П. Пиптюк, В. А. Кондрашкин [и др.] // Фундамен- тальные и прикладные проблемы черной металлургии. — 2014. — Вып. 28. — С. 170–178. 5. Тогобицкая Д. Н. Экспериментальная и теоеретическая оценка серопоглотительной способности шлаков про- изводства электростали / Д. Н. Тогобицкая // Там же. — 2016. — Вып. 31. — С. 150–159. 6. Прогнозирование физико-химических свойств оксидных систем / Э. В. Приходько, Д. Н. Тогобицкая, А. Ф. Хам- хотько [и др.]. — Днепропетровск: Пороги, 2013. — 344 с. Prediction of properties of ESR slags using the model of ordered structure of oxide melts was made. Model is presented by a system of equations allowing predicting the slag properties. Calculation of parameters of structural and charged state Δe; ρ; d; tgaК of slags being investigated and statistic analysis of effect of these parameters on values of viscosity and electric conductivity was made. On the basis of regressive analysis of investigated data the models are obtained which describe the viscosity and electric conductivity of slags by using the most important parameters. For 10 compositions of oxide-fluoride slags the models of viscosity and electric conductivity were précised, that allowed carrying out the computational experiment on effect of component of composition of slag on its properties. The effect of additions of FeO and Al2O3 in the amount from 2 up to 12 % on viscocity and electric conductivity of slag system 30 % CaF2–40 % CaO–12 % SiO2–18 % Al2O3 was investigated. It was shown that addition of FeO liquefies the slag, increasing the electric conductivity. Increase in content of Al2O3 leads to negligible increase of viscosity and slight reduction in electric conductivity. Ref. 6. Tables 3. Figures 4. K e y w o r d s : physical-chemical modeling; slag; electroslag remelting, viscosity, electric conductivity Поступила 09.11.2016

Прогнозирование физико-химических свойств шлаков ЭШП на основе модели межатомного взаимодействия

Репозитарії

Схожі ресурси