Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков
Определены особенности обработки сталеплавильных шлаков в окислительной и восстановительной средах. Визначено особливості обробки сталеплавильних шлаків в окисному та відновному середовищах. The peculiarities of the processing of the steelmaking slags in redox environment are determined....
Saved in:
| Published in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104413 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков / В.И. Курпас, В.Л. Найдек // Металл и литье Украины. — 2011. — № 4. — С. 18-20. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860269163614830592 |
|---|---|
| author | Курпас, В.И. Найдек, В.Л. |
| author_facet | Курпас, В.И. Найдек, В.Л. |
| citation_txt | Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков / В.И. Курпас, В.Л. Найдек // Металл и литье Украины. — 2011. — № 4. — С. 18-20. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | Определены особенности обработки сталеплавильных шлаков в окислительной и восстановительной средах.
Визначено особливості обробки сталеплавильних шлаків в окисному та відновному середовищах.
The peculiarities of the processing of the steelmaking slags in redox environment are determined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:04:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
1� 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’20111� 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’2011
УДК: 669.183.28:66.067.4
В. И. Курпас, В. Л. Найдек
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Особенности окислительного и восстановительного
рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков
Определены особенности обработки сталеплавильных шлаков в окислительной и восстановительной
средах.
П
ри производстве каждой тонны стали образует-
ся от 150 до 250 кг сталеплавильных шлаков.
Их можно использовать в качестве флюсов, так
как они содержат (%) до 50 СаО и до 6-20 MgO
при относительно небольшом содержании балласта
SiO2, а также с целью утилизации ценных компонен-
тов, какими являются железо и марганец в виде окси-
дов, корольков и скрапин. Для достижения желаемого
эффекта при проведении конкретной технологиче-
ской операции с использованием отработанных шла-
ков необходимо предварительно восстановить те их
параметры, от которых зависит конечный результат.
Кроме того, отработанные сталеплавильные шла-
ки необходимо очистить от нежелательных приме-
сей, к которым относятся соединения серы и фос-
фора, а также оксиды железа, марганца, кремния.
Рафинирование шлаков в зависимости от вида
удаляемой примеси происходит при различных окис-
лительно-восстановительных потенциалах среды.
Десульфурация шлака наиболее полно протекает в
окислительных условиях, а для снижения концентра-
ции оксидов железа, марганца, фосфора требуются
восстановительные условия.
Десульфурация шлака в окислительной атмос-
фере происходит в стационарном режиме окисле-
ния серы. При удалении серы из шлака в условиях
продувки окислительным газом скорость десульфу-
рации шлака (VS) не постоянна во времени и почти
на порядок выше, чем в спокойной атмосфере (0,2
против 0,05 мг/с, когда нет продувки) [1]. Она опреде-
ляется количеством окислителя и серы (в случае от-
сутствия диффузионного сопротивления в газовой и
шлаковой фазах) или текущей концентрацией серы,
если при избытке кислорода процесс лимитируется
внутренней диффузией.
Кинетическим анализом процесса десульфура-
ции шлаков системы CaO-Al2O3-SiO2-CaF2-MeO (где
Me: магний, марганец, железо) аргонокислородными
смесями установлено, что скорость десульфурации
пропорциональна парциальному давлению кислоро-
да в газовой фазе в степени 1/2. В двойных системах
на основе СаО она возрастает при замене SiO2 на
Al2O3. В тройных системах VS пропорциональна со-
держанию основных оксидов (CaO, MgO, MnO, FeO)
и, напротив, снижается с увеличением концентрации
SiO2 и Al2O3 [2].
Ключевые слова: шлак, окислительно-восстановительный потенциал, тигель, оксиды, десульфурация,
дефосфорация
В начальной стадии десульфурации шлаков фа-
кельной продувкой через погружные горелки проис-
ходит интенсивное удаление серы, на что указывают
высокие значения VS (≈ 0,06 %/мин). На этой стадии
процесс лимитируется адсорбционно-химическим
взаимодействием. С некоторого момента факельной
продувки скорость окисления серы в шлаке снижа-
ется, ее величина определяется диффузией серы
в шлаках. С повышением окислительного потенци-
ала шлаков, их температуры, количества и интен-
сивности подачи газа величина VS возрастает [3].
С увеличением количества подаваемого газа ско-
рость десульфурации шлака может увеличиваться
как за счет более интенсивного массопереноса в
шлаковой фазе, так и увеличения поверхности раз-
дела фаз.
Восстановительное рафинирование шлака проте-
кает значительно полнее и с высокими скоростями
при наличии металлической фазы, способствующей
растворению продуктов реакции и существенному
понижению тем самым их активности. Об этом сви-
детельствует опыт восстановительного рафиниро-
вания оксидно-фторидных расплавов от фосфора
путем введения железной стружки совместно с алю-
минием [4]. Введение совместно с графитом олова
в конвертерный шлак, расплавленный в атмосфере
аргона в алундовом тигле, способствует снижению
содержания фосфора при 1550 °С на 85 % [5]. По-
ложительное влияние железа и марганца на сте-
пень дефосфорации шлака объясняется высокой
термодинамической прочностью их соединений с
фосфором. Так, введение в состав металлического
расплава марганца до 50 % приводит к снижению
содержания фосфора в шлаке более чем в два
раза. В то же время накопление в металлической
фазе кремния тормозит процесс дефосфорации
шлака [4].
Процесс восстановления оксидов в сталепла-
вильных шлаках изучали в печи Таммана. Шлаки
указанного в таблице химического состава рас-
плавляли в тиглях из алюмонитрида бора, карбо-
нитрида бора и графита, пассивированного тонкой
пленкой карбонитрида бора. После расплавления
в шлаки погружали графитовый цилиндр и произво-
дили выдержку расплавов при температурах 1500,
1550 и 1600 °С. Пробы шлаков на химический анализ
1� 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’20111� 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’2011
отбирали намораживанием их на пруток из нержа-
веющей стали.
При расплавлении шлаков в тиглях из алюмонит-
рида бора происходило активное восстановление
оксидов железа и марганца алюминийсодержащим
материалом стенок тиглей, поэтому перед погру-
жением графитового цилиндра в шлаки массовая
доля (%) не превышала: FеО – 1, МnО – 1,5. При
этом суммарная массовая доля оксидов алюминия
и бора в шлаках достигала 18-20 %. После расплав-
ления шлаков в тигле из карбонитрида бора массо-
вая доля компонентов в них составляла, %: 40,7 –
СаO; 14,5 – SiO2; 5,5 – MgO; 20,9 – (Al2O3 + B2O3);
2,4 – FеО; 0,7 – Fe2O3; 2,0 – MnO. Выдержка шлаков
в течение 45 мин в контакте с графитовым цилинд-
ром в тиглях из алюмонитрида или карбонитрида
бора способствовала более полному восстановле-
нию оксидов железа. С повышением температуры
от 1500 до 1600 °С их содержание снижалось от
1,1 до 0,5 % (рисунок). В графитовом тигле в связи
с отсутствием поступления в шлак № 2 разжижа-
ющих его оксидов алюминия и бора он был густым
даже при температуре 1600 °С. Содержание окси-
дов железа в этом шлаке составляло 6,9 %, а после
его выдержки в контакте с графитовым цилиндром
в течение 45 мин уменьшалось до 4,8 (рисунок).
Взаимодействие шлаков с материалом боридных
тиглей моделирует процесс раскисления их алю-
минием, поскольку в обоих случаях в ходе реакции
выделяются реагенты (оксиды бора и алюминия),
которые разжижают шлак в условиях снижения в
нем массовой доли оксидов железа и марганца,
выполняющих ту же функцию. В графитовом тигле
шлаки загустевали по мере восстановления оксидов
железа и марганца.
В металлическом осадке, который накапливал-
ся в тиглях в процессе плавления шлаков (до 20 %
от массы шлака), содержание компонентов состав-
ляло, %: ≈ 5,0 – Si; 12,0-15,0 – Mn; до 4,5 – C; 1,5 – Р;
остальное – Fe.
Выводы
Полученные экспериментальные данные свиде-
тельствуют о том, что восстановительное рафини-
рование сталеплавильных шлаков алюминийсодер-
жащими материалами протекает быстрее и полнее,
чем углеродсодержащими. При использовании уг-
лерода в качестве восстановителя необходимо при-
саживать в восстановленный шлак разжижающие
добавки.
Химический состав сталеплавильных шлаков
Номер
шлака
Массовая доля компонентов, %
CaO MgO SiO2 Al2O3 MnO FeO Fe2O3 P2O5
1 46,9 11,4 18,3 4,5 5,0 9,3 4,3 0,20
2 33,9 9,9 17,6 1,4 5,4 24,9 6,5 0,19
ЛИТЕРАТУРА
1. Григорян В. А., Жуховицкий А. А. Теория и практика интенсификации процессов в конвертерах и мартеновских
печах. – М.: Металлургия, 1965. – С. 134-140.
2. Применение твердого оборотного шлака в кислородно-конвертерной плавке / Б. Н. Конятин, Ю. Н. Борисов,
А. С. Тарковский и др. // Производство стали в кислородно-конвертерных и мартеновских цехах. – Металлургия.
– 1981. – № 9. – С. 18-21.
3. Чижикова В. М., Федорова О. Б. Кинетика удаления серы из шлака в условиях барботируемого слоя // Изв. вузов.
Чер. металлургия. –1990. – № 5. – С. 18-20.
4. Особенности дефосфорации фторидно-оксидных расплавов / Н. Ф. Яковлев, В. А. Романенко, В. П. Кандыбка и др.
// Металлургия и коксохимия. – 1981. – № 74. – С. 68-71.
5. Применение металлического олова для дефосфорации конвертерного шлака / С. Сиоми, Н. Сано, М. Маэда и др. //
Tetsu to hagane. J. Iron and Steel Inst. Jap. – 1978. – Т. 64, № 4. – 175 с.
Рис. Кинетика восстановления оксидов железа в шлаковом
расплаве при погружении в него графитового цилиндра: □, ○, × –
шлак № 1; ■, ● – шлак № 2; □, ○, × – тигли боридные; ● – графито-
вый; температура расплава, °С: □, ■ – 1500; ○ – 1550; ×, ● – 1600
20 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’201120 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (215) ’2011
Курпас В. І., Найдек В. Л.
Особливості окисного і відновного рафінування відпрацьованих
сталеплавильних шлаків
Визначено особливості обробки сталеплавильних шлаків в окисному та відновному середовищах.
Анотація
slag, redox potential, crucible, oxides, desulphuration, dephosphorationKeywords
Kurpas V., Naydek V.
Peculiarities of the redox refining of the waste steelmaking slags
The peculiarities of the processing of the steelmaking slags in redox environment are
determined.
Summary
Поступила 29.11.10
шлак, окисно-відновний потенціал, тигель, оксиди, десульфурація, дефосфорація Ключові слова
УДК 620.183
Ю. В. Моисеев, Н. А. Кудрявченко, С. А. Терновой
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Технические средства технологической поддержки
инженера-литейщика
Описаны новые приборы оперативного неразрушающего контроля для сортировки лома, контроля структур-
ных составляющих, качества термообработки и других задач литейного производства.
П
рофессиональная деятельность инженера-
литейщика опирается на личные знания, опыт и
техническую информацию, получаемую по раз-
личным каналам в процессе производственной
деятельности подчиненного ему участка производ-
ства. Важнейшую информацию поставляли завод-
ская лаборатория и служба технического контроля,
пострадавшие, к сожалению, в первую очередь в
недавние времена общественного переустройства.
Сложная ситуация в отечественном машиностро-
ении не способствует становлению и системному
развитию литейного производства, но отдельные
Ключевые слова: приборы, неразрушающий контроль, лом, структурные составляющие, качество термо-
обработки
попытки его восстановления с использованием
остатков былых мощностей для выполнения слу-
чайных заказов наблюдаются постоянно. Утерянный
потенциал квалифицированных кадров делает за-
частую эти попытки технологически беспомощными,
но удивительная технологическая гибкость и при-
способляемость к изменчивой номенклатуре изде-
лий позволяют возрождать пусть небольшие, но
нужные и выгодные литейные производства, нужда-
ющиеся, в первую очередь, в технологической под-
держке. Объектом такой поддержки являются, пре-
жде всего, качество производимой продукции и
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104413 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:04:51Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Курпас, В.И. Найдек, В.Л. 2016-07-09T10:04:38Z 2016-07-09T10:04:38Z 2011 Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков / В.И. Курпас, В.Л. Найдек // Металл и литье Украины. — 2011. — № 4. — С. 18-20. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104413 669.183.28:66.067.4 Определены особенности обработки сталеплавильных шлаков в окислительной и восстановительной средах. Визначено особливості обробки сталеплавильних шлаків в окисному та відновному середовищах. The peculiarities of the processing of the steelmaking slags in redox environment are determined. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков Особливості окисного і відновного рафінування відпрацьованих сталеплавильних шлаків Peculiarities of the redox refining of the waste steelmaking slags Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков Курпас, В.И. Найдек, В.Л. |
| title | Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков |
| title_alt | Особливості окисного і відновного рафінування відпрацьованих сталеплавильних шлаків Peculiarities of the redox refining of the waste steelmaking slags |
| title_full | Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков |
| title_fullStr | Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков |
| title_full_unstemmed | Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков |
| title_short | Особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков |
| title_sort | особенности окислительного и восстановительного рафинирования отработанных сталеплавильных шлаков |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104413 |
| work_keys_str_mv | AT kurpasvi osobennostiokislitelʹnogoivosstanovitelʹnogorafinirovaniâotrabotannyhstaleplavilʹnyhšlakov AT naidekvl osobennostiokislitelʹnogoivosstanovitelʹnogorafinirovaniâotrabotannyhstaleplavilʹnyhšlakov AT kurpasvi osoblivostíokisnogoívídnovnogorafínuvannâvídpracʹovanihstaleplavilʹnihšlakív AT naidekvl osoblivostíokisnogoívídnovnogorafínuvannâvídpracʹovanihstaleplavilʹnihšlakív AT kurpasvi peculiaritiesoftheredoxrefiningofthewastesteelmakingslags AT naidekvl peculiaritiesoftheredoxrefiningofthewastesteelmakingslags |