Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере

Показано, что характерное влияние низковольтного потенциала на процессы рафинирования связано с различным уровнем насыщения шлака окислами железа по ходу продувки плавки, которое определяет зарядовое состояние компонентов металла и шлака, вероятно, ослабляя роль двойного электрического слоя на грани...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Металл и литье Украины
Дата:	2011
Автори:	Семыкин, С.И., Кияшко, Т.С., Семыкина, Е.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2011
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115964
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:	Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере / С.И. Семыкин, Т.С. Кияшко, Е.В. Семыкина // Металл и литье Украины. — 2011. — № 7. — С. 29-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-115964
record_format	dspace
spelling	Семыкин, С.И. Кияшко, Т.С. Семыкина, Е.В. 2017-04-16T18:45:20Z 2017-04-16T18:45:20Z 2011 Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере / С.И. Семыкин, Т.С. Кияшко, Е.В. Семыкина // Металл и литье Украины. — 2011. — № 7. — С. 29-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115964 669.184.244.66 Показано, что характерное влияние низковольтного потенциала на процессы рафинирования связано с различным уровнем насыщения шлака окислами железа по ходу продувки плавки, которое определяет зарядовое состояние компонентов металла и шлака, вероятно, ослабляя роль двойного электрического слоя на границе реагирующих фаз, и, в целом, обусловливает переменный характер окисления элементов из металла. Показано, що характерний вплив низьковольтного потенціалу на процеси рафінування пов'язаний з різним рівнем насичення шлаку окислами заліза по ходу продування плавки, що зумовлює зарядовий стан компонентів метала і шлаку, вірогідно, послабляє роль подвійного електричного прошарку на межі реагуючих фаз, і, в цілому, зумовлює змінний характер окислення елементів з металу. It is shown that characteristic influence of low-voltage potential on refinement processes is connected with various level of saturation of iron oxides in a slag during the blowing out of fusion which defines a charging condition of components of metal and slag, possibly, weakening a role of a double electric layer on border of reacting phases, and, as a whole, causes variable character of oxidation of elements from metal. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере Дослідження особливостей впливу низьковольтного потенціалу на процеси рафінування металу в кисневому конвертері Research of features of low-voltage potential influence on processes of metal refinement in the oxygen converter Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере
spellingShingle	Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере Семыкин, С.И. Кияшко, Т.С. Семыкина, Е.В.
title_short	Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере
title_full	Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере
title_fullStr	Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере
title_full_unstemmed	Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере
title_sort	исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере
author	Семыкин, С.И. Кияшко, Т.С. Семыкина, Е.В.
author_facet	Семыкин, С.И. Кияшко, Т.С. Семыкина, Е.В.
publishDate	2011
language	Russian
container_title	Металл и литье Украины
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
format	Article
title_alt	Дослідження особливостей впливу низьковольтного потенціалу на процеси рафінування металу в кисневому конвертері Research of features of low-voltage potential influence on processes of metal refinement in the oxygen converter
description	Показано, что характерное влияние низковольтного потенциала на процессы рафинирования связано с различным уровнем насыщения шлака окислами железа по ходу продувки плавки, которое определяет зарядовое состояние компонентов металла и шлака, вероятно, ослабляя роль двойного электрического слоя на границе реагирующих фаз, и, в целом, обусловливает переменный характер окисления элементов из металла. Показано, що характерний вплив низьковольтного потенціалу на процеси рафінування пов'язаний з різним рівнем насичення шлаку окислами заліза по ходу продування плавки, що зумовлює зарядовий стан компонентів метала і шлаку, вірогідно, послабляє роль подвійного електричного прошарку на межі реагуючих фаз, і, в цілому, зумовлює змінний характер окислення елементів з металу. It is shown that characteristic influence of low-voltage potential on refinement processes is connected with various level of saturation of iron oxides in a slag during the blowing out of fusion which defines a charging condition of components of metal and slag, possibly, weakening a role of a double electric layer on border of reacting phases, and, as a whole, causes variable character of oxidation of elements from metal.
issn	2077-1304
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115964
citation_txt	Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере / С.И. Семыкин, Т.С. Кияшко, Е.В. Семыкина // Металл и литье Украины. — 2011. — № 7. — С. 29-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT semykinsi issledovanieosobennosteivliâniânizkovolʹtnogopotencialanaprocessyrafinirovaniâmetallavkislorodnomkonvertere AT kiâškots issledovanieosobennosteivliâniânizkovolʹtnogopotencialanaprocessyrafinirovaniâmetallavkislorodnomkonvertere AT semykinaev issledovanieosobennosteivliâniânizkovolʹtnogopotencialanaprocessyrafinirovaniâmetallavkislorodnomkonvertere AT semykinsi doslídžennâosoblivosteivplivunizʹkovolʹtnogopotencíalunaprocesirafínuvannâmetaluvkisnevomukonverterí AT kiâškots doslídžennâosoblivosteivplivunizʹkovolʹtnogopotencíalunaprocesirafínuvannâmetaluvkisnevomukonverterí AT semykinaev doslídžennâosoblivosteivplivunizʹkovolʹtnogopotencíalunaprocesirafínuvannâmetaluvkisnevomukonverterí AT semykinsi researchoffeaturesoflowvoltagepotentialinfluenceonprocessesofmetalrefinementintheoxygenconverter AT kiâškots researchoffeaturesoflowvoltagepotentialinfluenceonprocessesofmetalrefinementintheoxygenconverter AT semykinaev researchoffeaturesoflowvoltagepotentialinfluenceonprocessesofmetalrefinementintheoxygenconverter
first_indexed	2025-11-24T15:46:28Z
last_indexed	2025-11-24T15:46:28Z
_version_	1850848604851273728
fulltext	29МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (218) ’2011 В ведение. Ранее было показано [1], что низко- вольтный потенциал оказывает благоприятное воздействие на рафинировочные процессы в ки- слородном конвертере. Для того, чтобы целена- правленно управлять этими процессами, необходи- мо изучить первопричины влияния электрических потенциалов. Исходя из положений ионной теории строения ме- талла и шлака, можно сделать заключение, что вли- яние низковольтного потенциала может быть связа- но с направленным движением в электрическом по- ле заряженных частиц как в объемах реагирующих фаз (металл, шлак), так и на границе их раздела с последующим обменом между фазами. Однако ес- ли исходить только из указанного выше предполо- жения, то результат действия низковольтного по- тенциала каждой полярности должен быть однона- правленным по ходу всей продувки плавки. В то же время, накопленные экспериментальные и аналити- ческие материалы свидетельствуют о переменном характере протекания ряда окислительных процес- сов при электрических воздействиях [2], указывая на то, что, кроме отмеченных выше факторов, оказыва- ющих несомненное влияние, существуют и другие причины, влияющие на полноту и направление про- текания окислительно-восстановительных реакций. Целью данной работы было изучение характер- ных особенностей влияния низковольтного потенци- ала по ходу плавки на рафинировочные процессы, протекающие при окислительной продувке железо- углеродистых расплавов. Задачи исследования: анализ, в том числе с помо- щью физико-химического моделирования, особенно- стей влияния низковольтного потенциала различной полярности на зарядовое состояние металлической и шлаковой фаз как в целом, так и отдельных вхо- дящих в них компонентов, и выявление взаимосвя- зи зарядового состояния компонентов с направле- нием протекания окислительно-восстановительных реакций при конвертерной плавке. Как известно [3], процесс рафинирования при кис- лородном конвертировании без внешних воздей- ствий может быть представлен в ионном виде сово- купным протеканием двух стадий – катодной и анод- ной, зависящих от заряда иона и сопровождающихся поглощением или выделением электронов (реакции в ионном виде (1)-(7)) [С]Fe = С2+ + 2е; (1) [Si]Fe + 4�2- = Si�4− 4 + 4e; (2) [Mn]Fe = Mn2+ + 2e; (3) [Fe] = Fe 2+ + 2e; (4) [Pk−]Fe + 4(�)2− = (P�4)3- + 5e; (5) [S]Fe + 2e = S2−; (6) [�]Fe + 2e = �2−. (7) Последний, восстановительный процесс (7) являет- ся необходимым компенсационным для окислитель- ных процессов (1)-(5). Подвергающийся рафинировочному воздействию металлический расплав содержит в себе ряд ком- понентов, которые находятся не в атомарном виде и образуют как ковалентные (углерод в виде FenC, кремний – FenSi, фосфор – FenP), так и ионные свя-), так и ионные свя- зи (сера, кислород, а также углерод, кремний и фос- фор в виде полярных ионных комплексов с железом), а также раствор замещения в случае марганца. В шлаке оксиды в своем большинстве находятся в ви- де ионов или ионных комплексов. Следовательно, низковольтный потенциал способен оказывать на них следующее влияние: вызывать определенный электролитический эффект; дополнительно отво- дить или накапливать электроны в той или иной фа- зе в зависимости от полярности потенциала; направ- ленно перемещать к / или из зоны протекания реак- ции заряженные частицы, особенно в случае, если они представляют собой комплексы неполного окис- ления (СО, SiO) или ионы, сформированные путем присоединения иона кислорода (SiO4− 4 , P�3− 4 , FeO− 2 ); влиять на основные физические свойства металли- ческого и шлакового расплавов. Выполненная по методике, приведенной в рабо- те [4], оценка электролитического эффекта при про- текании электродных процессов (табл. 1), в резуль- тате которых возможно выделение определенного УДК 669.184.244.66 С. И. Семыкин, Т. С. Кияшко, Е. В. Семыкина Институт черной металлургии НАН Украины, Днепропетровск Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере Показано, что характерное влияние низковольтного потенциала на процессы рафинирования связано с раз- личным уровнем насыщения шлака окислами железа по ходу продувки плавки, которое определяет зарядовое состояние компонентов металла и шлака, вероятно, ослабляя роль двойного электрического слоя на границе реагирующих фаз, и, в целом, обусловливает переменный характер окисления элементов из металла. Ключевые слова: низковольтный потенциал, процесс рафинирования, зарядовое состояние металла, заря- довое состояние шлака, двойной электрический слой 30 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (218) ’2011 количества вещества из околофурменной зоны, по- казала, что при 100 % использовании тока, проте- кающего при наложении разности низковольтных потенциалов, для каждого из выделенных электрод- ных процессов (1)-(6) электроли- тический эффект достаточно мал. При учете объемов реальной шла- ко-металлической ванны он несоиз- мерим с фактическим изменением содержания конкретного компонен- та за время продувки. Это свиде- тельствует о том, что установлен- ные в промышленных эксперимен- тах эффекты изменения элементов металла, в том числе увеличение остаточного марганца, следует свя- зывать с влиянием потенциала, от- меченным пунктами (2)-(4). Качественно оценить возмож- ность направленного воздействия низковольтного потенциала той или иной полярности на заряжен- ные частицы металла и шлака мож- но путем исследования зарядово- го состояния фаз по ходу продувки с помощью методики физико-хими- ческого моделирования структуры шлаковых и металлических рас- плавов, основанной на теории на- правленной химической связи [5] (следует отметить, что расчеты для металлического и шлакового рас- плава производились независимо). Были проанализированы данные лабораторных плавок, выполнен- ных с отбором проб метала и шлака по ходу продувки в пери- од разработки метода наложения низковольтных потенциалов с ис- пользованием только верхней кис- лородной продувки через фурму с тремя соплами [2]. Анализ данных выполнен по трем вариантам: 1 – плавки без воздействий, 2 – с от- рицательной полярностью низко- вольтного потенциала на фурме и 3 – с положительной полярностью. При анализе изменения зарядо- вого состояния металла и шлака установлено, что элементы метал- лического расплава приобретают дополнительный отрицательный за- ряд по ходу продувки, а шлака – дополнительный положительный заряд к концу продувки, за исклю- чением иона кислорода, отрица- тельный заряд которого к концу продувки увеличивается (рис. 1, 2), что обусловлено окислением эле- ментов и их переходом из метал- лического в шлаковый расплав и связыванием их в определенные кислородсодер- жащие комплексы. Таблица 1 Эффект электролиза за время продувки при силе тока в цепи фурма-ванна 300 А для следующих элементов, кг/100 кг металла Восстанавливается Окисляется Fe Mn Si С S Р 0,063 0,062 0,016 0,013 0,0036 0,0014 Окисляется за продувку в 60-т конвертере, кг/100 кг металла: С Si Mn S P 4,55 0,79 0,54 0,034 0,042 -3,6 -3,4 -3,2 -3 -2,8 -2,6 0 3 6 9 12 15 18 Время продувки, мин С ре дн ий з ар яд C в м ет ал ле , е 3 2 1 -0,7 -0,5 -0,3 -0,1 0,1 0,3 0 3 6 9 12 15 18 Время продувки, мин С ре дн ий з ар яд M n в ме та лл е, е 3 2 1 3 Время продувки, мин Время продувки, мин С ре дн ий з ар яд С в м ет ал ле , е С ре дн ий з ар яд M n в м ет ал ле , е 2 3 1 1 2 Изменение средних зарядов элементов C (a), Mn (б) в металле по ходу продувки: 1 – без воздействий, 2, 3 – отрицательная и положительная полярности на фурме Рис. 1. а б −2,6 −2,8 −3 −3,2 −3,4 −3,6 0 3 6 9 12 15 18 0,3 0,1 −0,1 −0,3 −0,5 −0,7 0 3 6 9 12 15 18 б Время продувки, мин Время продувки, мин а Изменение средних зарядов Si (а), Mn (б), � (в), S (г) в шлаке по ходу продувки: 1 – без воздействий, 2, 3 – отрицательная и положительная полярности на фурме Рис. 2. -2,06 -2,02 -1,98 -1,94 -1,90 -1,86 -1,82 0 3 6 9 12 15 18 Время продувки, мин С ре дн ий за ря д M n в ш ла ке , е 1 3 2 С ре дн ий з ар яд M n в ш ла ке , е 1 2 3 −1,82 −1,86 −1,90 −1,94 −1,98 −2,02 −2,061,09 1,13 1,17 1,21 1,25 1,29 1,33 1,37 1,41 0 3 6 9 12 15 18 Время продувки, мин С ре дн ий з ар яд S i в ш ла ке , е 1 3 2 С ре дн ий з ар яд S i в ш ла ке , е 1 2 3 0 3 6 9 12 15 18 1,41 1,37 1,33 1,29 1,25 1,21 1,17 1,13 1,09 -1,92 -1,88 -1,84 -1,80 -1,76 -1,72 -1,68 0 3 6 9 12 15 18 Время продувки, мин С ре дн ий з ар яд O в ш ла ке , е 1 3 2 -2,61 -2,59 -2,57 -2,55 -2,53 -2,51 0 3 6 9 12 15 18 Время продувки, мин С ре дн ий з ар яд S в ш ла ке , е 3 2 1 С ре дн ий з ар яд � в ш ла ке , е С ре дн ий з ар яд S в ш ла ке , е Время продувки, мин Время продувки, мин в г 11 22 3 3 0 3 6 9 2 15 18 −1,68 −1,72 −1,76 −1,80 −1,84 −1,88 −1,92 0 3 6 9 2 15 18 −2,51 −5,53 −2,55 −2,57 −2,59 −2,61 0 3 6 9 2 15 18 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (218) ’2011 Особенности влияния потенциала проявляются: в переменном (по отношению к варианту 1) характе- ре изменения средних зарядов компонентов метал- лического расплава, а для шлака – смещением по времени продувки экстремумов величин средних за- рядов по отношению к обычной продувке. Для всех вариантов отмечено наличие точек, в которых проис- ходит смена характера изменения величины заряда компонентов шлака на 6, 12 и 15-й минутах, причем последняя точка соответствует экстремуму для ва- рианта без воздействий, а предпоследняя – вариан- там с применением низковольтного потенциала (6-я минута соответствует экстремумам для всех вари- антов). Несколько отличный характер свойствен изме- нению зарядового состояния серы в шлаке по ходу продувки при воздействии низковольтного потенциа- ла, заключающийся в уменьшении величины заряда в середине и увеличении – к концу продувки. Извест- но [5], что повышение положительного заряда указы- вает на связывание элементов в химические соеди- нения или комплексы, а для кислорода – повышение величины отрицательного заряда свидетельствует об увеличении его подвижности и активности. Основу шлакового расплава составляют оксиды железа, кремния и кальция, возможные соединения которых в соответствии с их долевым участием пред- ставлены в табл. 2. Анализ изменения соотношений величин содер- жания в шлаке основных окислов (рис. 3) выявил, что в вариантах с применением низковольтного потенци- ала в течение всей продувки формируются шлаки, насыщенные ферросиликатами, образующимися в связи с увеличением доли оксидов железа в этих ва- риантах по сравнению с вариантом без воздействий, усиливающими способность шлака растворять из- весть, а это повышает его основность, влияющую на рафинирующие свойства шлака. Эксперименталь- но установлено повышение основности шлака и ра- финировочных эффектов при электрических воздей- ствиях при сопоставимых прочих условиях [1]. Выявлено, что изменение соотношения оксидов кальция и железа в шлаке по ходу продувки имеет схожий характер с изменением зарядов компонентов шлака и имеет экстремумы в тех же временных точ- ках продувки, что и для средних зарядов компонен- тов шлака (рис. 3 а, б). Установлено, что в вариантах 2 и 3 уже на начальной стадии продувки формирует- ся предпочтительно двухкальциевый феррит, кото- рый активно образуется в присутствии трехвалент- ного железа, способен растворять в себе тугоплав- кие силикаты кальция и распадается при наличии металлического железа в шлаке, что подтвержда- ется установленным фактом повышения при элек- трических воздействиях окислительной способности шлака при повышенном количестве металлической фазы (корольков) в шлаке в начальный период про- дувки. Этот факт, в целом, характеризует более ак- тивный процесс шлакообразования в вариантах с на- ложением низковольтного потенциала. В связи с протеканием окислительно-восстанови- тельных реакций происходит накопление в погранич- ных слоях продуктов реакций, несущих заряд, с обра- зованием двойного электрического слоя на границе раздела фаз, создающего препятствие дальнейше- му движению и обмену заряженными частицами. Причем полярность заряда на фазе зависит от прио- ритетности протекания той или иной реакции окисле- ния. Как известно, в начальный период продувки, ис- ходя из термодинамических условий, возможно пре- имущественное окисление кремния, далее, в средней части продувки, интенсивно окисляется углерод, а к концу продувки (последняя треть), происходит воз- растание скорости окисления железа. Каждый из 0 1 2 3 4 5 6 0 3 6 9 12 15 18 Время продувки, мин О тн ош ен ие F eO к S iO 2 2 3 1 0,0 0,3 0,5 0,8 1,0 1,3 1,5 0 3 6 9 12 15 18 Время продувки, мин О тн ош ен ие С аO к F eO 3 2 1 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 0 3 6 9 12 15 18 Время продувки, мин О тн ош ен ие С аO к S iO 2 2 3 1 О тн ош ен ие F e� к S i� 2 О тн ош ен ие C a� к F e� О тн ош ен ие C a� к S i� 2 0 3 6 9 12 15 180 3 6 9 12 15 180 3 6 9 12 15 18 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1 1,5 1,3 1,0 0,2 0,5 0,3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Время продувки, мин а Время продувки, мин б Время продувки, мин в Изменение отношения Fe� к Si�2 (а), Ca� к Fe� (б), Ca� Si�2 (в) по вариантам: 1 – без воздействий, 2, 3 – отрицательная и положительная полярности на фурме Рис. 3. Таблица 2 Основные соединения, формируемые в системе СаО-FeO-SiO2 Соединение Стехиометрия Температура плавления, оС FeO · SiO2 1,2 1475 2FeO · SiO2 2,4 1200 3FeO · SiO2 3,6 1100 СаО · Fe2O3 0,35 1220 2Ca�  Fe2O3 0,7 1440 CaO · SiO2 0,93 1544 2Ca� · SiO2 1,87 2130 3Ca� · SiO2 2,8 1900 32 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (218) ’2011 этих периодов характеризуется перераспределени- ем кислорода дутья между элементами таким обра- зом, чтобы обеспечить поочередное протекание про- цессов окисления кремния до Si�4− 4 , углерода до C� и железа до Fe�2− с накоплением в шлаке ионов. Формирование такого вида ионных комплексов и возможность их перемещения в шлак или в газовую фазу, в случае C�, подтверждает установленный на плавках без воздействий опытным путем факт фор- мирования на фурме, погруженной в шлак есте- ственной ЕДС: отрицательного знака в начале и кон- це продувки и положительного знака в средней части продувки [6], что соответствует формированию двойного электрического слоя по границам реагиру- ющих фаз. Из анализа зарядового состояния металлической и шлаковой фаз следует, что подвод внешнего низко- вольтного потенциала может влиять на полноту и ин- тенсивность протекания окислительных процессов. Установленный характер окисления кремния с образованием отрицательно заряженного кремне- кислородного иона отражает замедление процесса при отрицательной полярности на фурме ввиду сов- падения знака иона с полярностью на фурме до мо- мента накопления в шлаке достаточного количества оксидов кальция, связывающих окислы кремния в прочные соединения. В то же время, результатом действия потенциала данной полярности является повышение количества ионов кислорода в реакцион- ной зоне и шлаковой фазе, ввиду чего интенсифика- ция процесса обезуглероживания происходит уже с первых минут продувки. Следствием протекания про- цесса окисления углерода, находящегося в соедине- ниях с железом переменного состава типа FenC, яв-, яв- ляется поступление в пограничные с металлом слои шлака положительно заряженных ионов Fe2+, а в ме- таллическом расплаве происходит накопление отри- цательно заряженных электронов. Отводу формиру- емых заряженных частиц способствует подводимая к электродам полярность, что, в определенной сте- пени, компенсирует влияние двойного электрическо- го слоя на окислительно-восстановительные процес- сы, и способствует еще более активному протека- нию процесса окисления углерода, что наблюдается до 11-й минуты продувки, соответствующей содер- жанию углерода порядка 1,0-1,3 %мас. Ниже дан- ной концентрации, процесс окисления углерода за- медляется ввиду совпадения знака потенциала на фурме и знака формируемого в этот период в шлаке иона Fe�2− в результате окисления углерода из со- ответствующей формы его нахождения в комплексе с железом и сопровождается значительным повыше- нием доли окисленного железа из расплава. При положительной полярности из-за совпадения знака потенциала на фурме и шлаке со знаком фор- мируемого иона процесс окисления углерода может тормозиться, а вследствие компенсационного дей- ствия потенциала на ион SiO4− 4 , процесс окисления кремния может интенсифицироваться. После завер- шения процесса окисления кремния к 6-й минуте сле- дующим термодинамически выгодным процессом становится окисление углерода. При достижении содержания углерода порядка 1,0-1,3 %мас. степень окисления углерода повышается, что, вероятно, мо- жет быть связано с определенной перестройкой формы нахождения углерода в металлическом рас- плаве и протеканием реакции окисления углерода с образованием иона железа Fe�2− и накоплением в пограничном слое отрицательно заряженных ио- нов, на которые действует положительный полюс потенциала на фурме, снижая влияние двойного электрического слоя. В связи с определенным характером влияния низковольтного потенциала на двойной электриче- ский слой он должен оказывать определенное, свой- ственное каждой из налагаемых полярностей, влия- ние на рафинировочные процессы. В частности, по- ведение по ходу продувки марганца и серы связано со следующим. При отрицательной полярности по- тенциала на фурме и повышении количества свобод- ных ионов кислорода как в шлаке, так и в реакцион- ной зоне, в первый и последний периоды продувки происходит активное окисление марганца в резуль- тате направленного влияния электрического поля на ион [Mn2+]. В середине продувки происходит восста- новление марганца из шлака в металл в результа- те активного протекания реакции окисления углеро- да при этой полярности и снижения числа свободных ионов кислорода. При положительной полярности в течение всей продувки процесс окисления марган- ца будет затруднен в силу совпадения знака заряда марганца, находящегося в шлаке, и заряда на фур- ме, поэтому степень его окисления более низкая, а к концу продувки в результате смещения периода интенсивного окисления углерода смещается и пе- риод восстановления марганца. Удаление серы при отрицательной полярности более активно происходит во второй период, что свя- зано с возможностью (согласно диаграммам состоя- ния) формирования в это время свободных окислов кальция. В первый и последний период ее окисле- ние менее активно ввиду совпадения знака заряда иона серы с полярностью на фурме. Положительная полярность априори оказывает направленное воз- действие на отрицательно заряженный ион серы, пе- ремещая его в шлак, однако, наибольшее развитие такого перемещения происходит в первый и послед- ний периоды продувки, что связано с замедлением процесса окисления углерода и более активным про- теканием окисления кремния при этой полярности, особенность которой заключается в цикличности его окисления из-за недостаточного количества в шлаке кальция в виду его пониженной окисленности в этом варианте, и именно в периоды возможного восстановления кремния, происходит удаление серы по реакции 2[S] + [Si] + 3(O2−) = 2(S2−) + (SiO2− 3 ). При отрицательной полярности такого не может происходить ввиду торможения реакции окисле- ния кремния с ускорением процесса окисления угле- рода и насыщением шлака окислами железа и, соответственно, кальция. В последний период при положительной полярности ввиду того, что содер- жание углерода к этому периоду значительно сни- жается, направленное действие потенциала на 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (218) ’2011 1. Особенности влияния электрической энергии малой мощности на рафинирующую способность конвертерного шлака / С. И. Семыкин, В. Ф. Поляков, Е. В. Семыкина и др. // Металлургическая и горнорудная пром-сть. – 1998. – № 1. – С. 26-30. 2. Семыкин С. И. Исследование в 1,5-тонном конвертере характера окисления примеси чугуна при подведении к сталеплавильной ванне низковольтного потенциала / Фундаментальные и прикладные проблемы черной метал- лургии. – 2005. – Вып. 11. – С . 96-105. 3. Есин О. А., Гельд П. В. Физическая химия пирометаллургических процессов. Взаимодействия с участием расплавов. – М.: Металлургия. – 1966. – Ч. 2. – 702 с. 4. Крешков А. П. Основы аналитической химии. – М.: Химия, 1970. – Т. 2. – 465 с. 5. Приходько Э. В. Физико-химическая модель структуры шлаковых расплавов / Физико-химические процессы в элек- трометаллургии ферросплавов. – М.: Наука. –1981. – С. 86-94. 6. Исследование конвертерного процесса при воздействии электрической энергии / С. И. Семыкин, В. В. Смоктий, В. Ф. Поляков и др. // Изв. ВУЗов, Чер. металлургия. – 1992. – № 10. – С. 6-8. ЛИТЕРАТУРА Ключові слова низьковольтний потенціал, процес рафінування, зарядовий стан металу, зарядовий стан шлаку, подвійний електричний прошарок It is shown that characteristic influence of low-voltage potential on refinement processes is connected with various level of saturation of iron oxides in a slag during the blowing out of fusion which defines a charging condition of components of metal and slag, possibly, weakening a role of a double electric layer on border of reacting phases, and, as a whole, causes variable character of oxidation of elements from metal. Semykin S., Kiyashko T., Semykina E. Research of features of low-voltage potential influence on processes of metal refinement in the oxygen converter Summary Семикін С. І., Кіяшко Т. С., Семикіна О. В. Дослідження особливостей впливу низьковольтного потенціалу на процеси рафінування металу в кисневому конвертері Анотація Показано, що характерний вплив низьковольтного потенціалу на процеси рафінування пов'язаний з різним рівнем насичення шлаку окислами заліза по ходу продування плавки, що зумовлює зарядовий стан компонентів метала і шлаку, вірогідно, послабляє роль подвійного електричного прошарку на межі реагуючих фаз, і, в цілому, зумовлює змінний характер окислення елементів з металу. Поступила 04.07.11 Keywords low-voltage potential, refinement process, charging condition of metal,charging condition of slag, double electric layer отрицательно заряженный ион серы снова получа- ет развитие, и процесс десульфурации ускоряется. В эти периоды также возможно протекание реакции анодного окисления серы из шлака в газовую фазу по реакции (S2−) + 1/2O2 = S�2 + (�2−), чему способствует снижение окисленности шлака в этом варианте. Исходя из вышеприведенного, в пределах рас- смотренных основных периодов продувки действие низковольтного потенциала определенной полярно- сти на протекание окислительно-восстановительных реакций однонаправленно, постоянно и оказывает комплексное влияние на компоненты как в металли- ческом, так и шлаковом расплавах, что, вероятно, связано с протеканием процесса окисления углеро- да, находящегося в соединениях с железом метал- лической матрицы в переменных комплексах типа FenC. Переменный характер насыщения шлака окис- лами железа при окислении этих элементов в усло- виях наложения низковольтных потенциалов оказы- вает воздействие на зарядовое состояние компонен- тов в шлаке и на возможность формирования опре- деленных легкоплавких, склонных к диссоциации ти- пов соединений, и на ход окислительного рафиниро- вания в целом, и в итоге обусловливает переменный характер окисления ряда элементов. Установленные тенденции и зависимости измене- ния зарядового состояния компонентов в металли- ческом и шлаковом расплавах, а также выявленные особенности влияния той или иной полярности на протекание рафинировочных процессов по выделен- ным периодам продувки плавки могут быть основой для разработки рациональных электрических и тех- нологических режимов ведения конвертерной плав- ки для достижения максимального эффекта в зави- симости от поставленной задачи.

Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере

Репозитарії

Схожі ресурси