Статті КТОМП (ДМетІ)

Permanent URI for this collection

http://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/14585

ENG: Articles

Browse

Now showing 1 - 20 of 47

Термодинамічне моделювання поведінки складових у шлакових системах, що характерні при виробництві марганцевих феросплавів
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, 2021) Надточій, Анжела Анатоліївна; Степаненко, Дмитро Олександрович; Ходотова, Наталя Євстахівна; Киричок, Владислав Сергійович
UKR: Метою дослідження є пошук високоефективних схем використання вторинних сировинних матеріалів та безвідходних технологій, що дозволять повернути цінні хімічні елементи у металургійний переділ, насамперед марганцю. Ця проблема не може бути вирішена без теоретичного обґрунтування фізико-хімічних умов, створення яких дозволить досягнути більш повного використання потенціалу корисних властивостей матеріалів, що досліджуються. Аналіз основних фізико-хімічних властивостей марганцевмісних матеріалів, зокрема феросплавних шлаків, дозволить отримати вихідні дані та інтервали значень параметрів, необхідних для подальших досліджень з розробки ефективної технології переробки шлаків марганцевого виробництва. Термодинамічними розрахунками рівноваги у системі Mn-Si-Ca-Al-Mg-O показано, що підвищення кількості вільного оксиду марганцю пов’язано з визначеним значенням основності, досягнення якого забезпечує переважне зв’язування кремнезему у силікати кальцію. Підвищений вміст оксиду магнію підвищує кількість вільних оксидів кремнію та марганцю. Показано, що співвідношення оксидів в системі впливає на в’язкість та кристалізаційні характеристики цієї системи. Ступінь відновлення оксидів визначається активністю компонентів шлакової фази, що залежить від його хімічного складу і температури. Розрахунок активностей у системі на основі оксиду марганцю показав, що зростання основності та вмісту оксиду магнію у системі підвищує активність оксиду марганцю, а добавка оксиду алюмінію – знижую Це співпадає з отриманими даними по розрахунку рівноважного розподілу фаз. Аналіз отриманих в роботі даних розрахунку активностей складових у складній шлаковій системі на основі оксиду марганцю обґрунтовує доцільність повторної переробки металургійних марганцевих шлаків, що дозволить повернути марганець у металургійний переділ.
Комплексна система відсікання конвертерного шлаку з використанням розроблених функціональних виробів ТОВ «ГІР-Інжиніринг»
(Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, Київ, 2024) Смірнов, Олексій Миколайович; Камкіна, Людмила Володимирівна; Шарандін, Кирило Миколайович; Рябий, Дмитро Валерійович
UKR: Одним серед найважливіших завдань, які потребують вирішення в умовах сучасного конвертерного цеху, є скорочення кількості кінцевого технологічного шлаку, що потрапляє до сталерозливного ковша при випуску плавки з агрегату. За оцінками різних дослідників і практичного досвіду, кількість шлаку, яка потрапляє в ківш при випуску сталі з конвертора, розподіляється наступним чином (без використання технології / пристроїв відсікання шлаку): до 25% – на початку випуску плавки, до 60% – в кінці випуску плавки і до 15% – при поверненні конвертора до робочого положення. Нині існують дві принципові схеми відсікання конвертерного шлаку: автоматична (активна) та «пасивна». До основних автоматичних схем відноситься газодинамічна система відсікання та система типу «шиберний затвор». Доступною й ефективною альтернативою є схема «пасивного» відсічення первинного та вторинного конвертерного шлаку з використанням функціональних вогнетривких виробів. На промисловому майданчику компанії ТОВ «ГІР-Інжінірінг», спільно з ФТІМС НАН України, розроблено «пасивну» схему комплексного відсічення конвертерного шлаку. Вона містить дві системи: первинне відсікання пластичним стопором типу «тампон» і вторинне відсікання вогнетривким стопором типу «куля» / «дротик». Обидві системи працюють із ручними аплікаторами, що мінімізує капітальні витрати на їх упровадження у виробничий ланцюг. У період 2021–2024 рр. в умовах комбінату ПрАТ «КаметСталь» (конвертера ємністю 250 тн – 2 шт.) проведено успішні промислові випробування розробленої комплексної системи відсічення конвертерного шлаку. Сумарний економічний ефект від впровадження становив ≈ 1,2 USD/т сталі.
Regulation of Carbon and Phosphorus Content in Manganese Alloys when Processed in an Oxidizing Gas Environment or Oxide System
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2024) Velychko, K. A.; Mianovska, Ya. V.; Kamkina, Liudmyla V.
ENG: Purpose: Determination of rational methods for reducing the carbon and phosphorus content in manganese alloys. Research methodology: thermodynamic calculations and experimental studies of decarburization and dephosphorization of a high-phosphorus manganese alloy. Research materials: As a high-carbon ferromanganese with a high phosphorus content, an associated metal (manganese alloy) obtained during the production of low-phosphorus slag at the Nikopol Ferroalloy Plant was used. Rolling scale was used as an oxidant (composition, wt. %: FeO – 59.5; Fe3O4 – 38.9). Research results: The features of dephosphorization of manganese alloys were considered. According to the adopted “classical” technology, a useful product of dephosphorization of manganese concentrates is manganese slag with a low phosphorus content. Oxidation of phosphorus dissolved in the metal can occur as a result of its interaction with oxygen in the gas phase, while the oxidation of this slag, the higher its basicity, the greater the probability of phosphorus oxidation. Considering the basicity of the slag, the higher the FeO content in it, the better the conditions for removing phosphorus from the metal. The process of dephosphorization of the associated metal includes the oxidation of phosphorus, the binding of phosphorus oxide into strong compounds (phosphates) and their transition to the slag phase. Scientific novelty: The composition of the associated metal includes silicon, which has a much higher affinity for oxygen than phosphorus; Then, naturally, it will first be oxidized with the formation of silicon oxide with a melting point much higher than the temperature of experimental studies. Practical significance: The results obtained show that when oxidizing the associated metal with iron scale at a specific consumption of 114 kg/t of metal, the total degree of extraction: silicon 88.16%, phosphorus 71.03%. At the same time, the manganese content in the metal decreased by 6.48% due to the reduction of rolling scale.
Physical and Chemical Audits and Comparative Analyses of Scrap Remelting Technology Indicators for High-Alloyed Steel with Special Purposes Using the Duplex-Slag Process and the Resource-Saving Mono-Slag Process
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2025) Projdak, Yurii S.; Gorobets, A. P.; Zhadanos, Oleksandr V.; Kamkina, Liudmyla V.; Yaroshenko, Y. O.
ENG: The goal. The research purpose is a physicochemical audit and comparative analysis of the indicators of the technologies for remelting scrap of high-alloy special-purpose steels using a two-slag process and a resource-efficient single-slag process to create an innovative technology for the electric steelmaking process. Methodology. The research used miscellaneous methods and modern equipment for studying the physical chemistry of metallurgical processes, including optical metallography methods on the “Neophot-24” installation, to assess the microstructure of the metal and the mineralogical composition of the slags. Experimental and industrial smelting was carried out to determine the balance of alloying elements by certified chemical and spectral analysis of the metal and slag. Results and scientific novelty. To ensure the rational composition of the slag of reduced basicity during melting, a mixture with the following composition was synthesized from oxides classified as "chemically pure": 50%СаО-35%SiO2-5%Al2O3-5%MgO-5%FeO. This allows for the reduction of the loss of alloying elements and increases the efficiency of remelting. According to the results of the analysis conducted by the requirements of DSTU 8966:2019 regarding the contamination of the metal with non-metallic inclusions and their crystalline and chemical composition, it was found that the vast majority of inclusions are represented by silicates with a size of 7-10 μm. These indicators depend on the size and conditions of crystallization of the ingot. Changes in the content of alloying elements due to the remelting process were analyzed. It was confirmed that the losses of expensive alloying elements (Cr, Mo, W, V) depend not only on their chemical affinity for oxygen but also on the formation of compounds of the type СаО*МеО in the slag, where МеО oxide has an acidic nature of interaction. New knowledge has been obtained regarding the physical properties and phase composition of lime-iron slag of the CrO-FeO-SiO2-(Ме)O system where Me-Mn, Cr, V, Mo. The obtained scientific results significantly complement the research of domestic and foreign scientists due to the novelty of the approach and practical orientation to the needs of specific industries. Practical value. The developed technological solutions for predicting the optimal composition of the metal dump for metal scraps of alloyed special-purpose steels will increase the technical and economic performance of steelmaking in electric furnaces and promote the reuse of valuable materials. This is important in the context of the constant increase in the cost of raw materials and efforts aimed at reducing the impact on the environment, as well as on the sustainable development of Ukraine (solving environmental problems, reducing greenhouse gas emissions, reducing the consumption of ferroalloys, etc.).
Research on the Properties of Ferronickel Production Slags and Development of Technological Schemes for their Enrichment
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2025) Shevchenko, D.; Ovcharuk, Anatolii M.; Nadtochii, Anzhela A.; Prykhodko, S.; Shutov, V.
ENG: Objective. Determination of the physicochemical properties of slags, phase composition, and forms of nickel presence in them, development of enrichment modes and equipment parameters. Research Methods and Equipment. X-ray spectral microanalysis (RSMA) on the SELMI REM-106I installation was used to determine the distribution of nickel between the metallic and oxide phases in the presented slag samples. Dry and wet gravity and magnetic separation using modernized magnetic separators established the possibility of slag enrichment and the distribution of nickel between the enrichment products. Research Results. This work has conducted research on the gravitational-magnetic separation of electro-furnace and refining slags of ferronickel production in the conditions of the Pobuzhsky ferronickel plant. The efficiency of implementing the developed technological schemes in production was shown, providing additional extraction in the amount of 119 tons or 9.8% of the total annual nickel production at the plant. Slag samples were ground in experimental ball mills to fractions of –0.16; 0.16÷1.6 and +1.6 mm and subjected to enrichment by gravity and magnetic separators with a magnetic induction on the drum surface of 0.3-0.6 T (Tesla) of the MBS-300 and MS-500 types with a total metal phase yield of up to 30%. Scientific Novelty. RSMA established that nickel, both in electric furnace granulated slags and in refining slags, is in the metallic phase and is represented by metal nuggets in combination with iron of various shapes and sizes. Enrichment of electric furnace and refining slags by a combined method using a high-intensity magnetic field will allow obtaining a metal concentrate containing 0.9-38% nickel. The combined enrichment method using high-intensity magnetic separators is one of the most promising for enriching both primary mineral raw materials and secondary materials of ferrous and non-ferrous metal production. Practical Significance. The developed and proposed for implementation technological schemes for enrichment of electric furnace slags using the “wet” technology and refining slags using the “dry” technology allow for the utilization of about 1200 tons of nickel per year or the extraction of 31.6% and 94.65% of nickel from slags, respectively.
Regularities of Solid-Phase Reduction of Iron Oxides under Conditions of Combined Chemical-Catalytic and Energetic Influence
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2025) Grishin, Oleksandr M.; Projdak, Yurii S.
ENG: Purpose. The purpose of the work is a physicochemical analysis of the intensification of the process of solid-phase iron reduction under the conditions of the joint influence of catalytic additives and an electromagnetic field (EMF). Methodology. The experiments were conducted in an alternating magnetic field with a frequency from industrial to ultrasonic using the thermogravimetric method. The process of reduction of various iron ore materials was studied in the temperature range of 873-1373 К Results. The results of laboratory experiments indicate the influence of the electromagnetic field and intensifying catalytic additives on the process of solid-phase reduction of various iron ore materials. The non-additivity of the results of the joint influence of additives and an intensifying EMF is shown. The study of the influence of various process parameters on the rate and degree of reduction of iron ore materials is carried out. Scientific novelty. The joint intensifying effect of catalytic additives and EMF on the process of solid-phase iron reduction is experimentally shown. A physicochemical justification of the non-additivity of the joint influence on the kinetics of the reduction process is proposed. Practical significance. Intensification of the processes of solid-phase reduction of iron ore raw materials provides a significant increase in the productivity of direct iron production technologies - process intensification and process productivity.
Проблема утворення настилу на подині рудовідновлювальної печі при виробництві феросилікомарганцю: аналіз фізико-механічних властивостей
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Рубан, Артем Володимирович; Надточій, Анжела Анатоліївна; Бабуцький, В. І.; Зінченко, О. М.; Малий, Є. Д.; Комар, А. С.
UKR: Мета. На Нікопольському заводі феросплавів при зупинці рудовідновлювальної печі типу РПЗ-63 на капітальний ремонт, її охолодженні та видаленні пухкої шихтової суміші з верхніх горизонтів плавильного простору було виявлено настил, що характеризується високою міцністю, щільністю, кристалічною будовою структури, металевим та графітовим блиском. Труднощі, що виникли під час руйнування футеровки та її вилучення з печі під час зупинки на капітальний ремонт, спостерігалися вперше за десятки років виробництва марганцевих феросплавів. Основною причиною утворення тугоплавкого настилу та наростання її на подині печі є «рваний» режим роботи, обумовлений переведенням печей на роботу за зонним тарифом і, мабуть, скороченням часу роботи печей на виплавці високовуглецевого феромарганцю, що сприяє руйнуванню карбідів та промиванню ванни печей. Методика. У роботі виконані дослідження щодо визначення дрібності, міцності, питомої роботи руйнування, а також об'ємної, істинної, насипної щільності настилу з печі та деяких руд марганцю, проведено дослідження пористості цих матеріалів. Наукова новизна. Хімічний аналіз проб виломок, відібраних у різних місцях настилу та на різних горизонтах, показав, що всі вони, в основному, представлені шлакометалевим конгломератом, що містить карбід кремнію (SiC), відновленими Mn, Fe, Si, P, Ti, S; шлакова складова представлена оксидами СаО, MgO, Al2O3 та R2O. У деяких пробах спостерігається від 0,8 до 6,5% Pb. Практична значимість. Представлені дані щодо вивчення фізико-механічних властивостей зразків проб виломок, відібраних у різних місцях настилу та на різних горизонтах печі. Дослідження фізико-механічних властивостей виломок показали їх високі характеристики міцності, які в 2-18 разів вище в порівнянні з марганцевою рудою, що і обумовлює значні труднощі з їх руйнування в твердому стані і витягу з ванни РТП при її зупинці на капітальний ремонт.
Фізико-хімічні основи формування газової фази при твердофазному відновленні оксидів
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Гришин, Олександр Михайлович; Величко, Олександр Григорович; Надточій, Анжела Анатоліївна; Безшкуренко, Олексій Георгійович
UKR: Мета. Фізико-хімічний аналіз процесів газифікації вуглецевих матеріалів з використанням комплексного окиснювача. Методика. Термодинамічне моделювання виконане з використанням програмного комплексу HSC Chemistry 6.1. Кінетичні дослідження проведені з використанням термогравіметричного методу аналізу. Адсорбція газів на поверхні вуглецю вивчена з використанням методу газової хроматографії. Наукова новизна. Експериментально підтверджено вплив каталітичних добавок на адсорбційно-хімічну ланку процесу газифікації. Подальший розвиток отримали уявлення про механізм впливу каталітичних добавок на ланку газифікації вуглецевих матеріалів. Практична значимість. Отримані результати розширюють практичні можливості інтенсифікації процесу газифікації, що забезпечує підвищення продуктивності твердофазного відновлення агрегатів.
Розвиток «пасивної» системи відсікання кінцевого конвертерного шлаку та розробка функціональних стопорів
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Камкіна, Людмила Володимирівна; Смірнов, Олексій Миколайович; Шарандін, Кирило Миколайович; Рябий, Дмитро Валерійович
UKR: Одним з головних інструментаріїв для підвищення якості металопродукції, що виробляється, є операції з виявлення та відсічення шлаку в ході технологічного переливу металу з конвертера в ківш. За оцінками різних дослідників та практичного досвіду, кількість шлаку, що потрапляє в ківш, при випуску сталі з конвертора розподіляється наступним чином (без використання технології / пристроїв відсікання шлаку): до 25% - на початку випуску плавки, до 60% - в кінці випуску плавки і до 15% - при поверненні конвертора до робочого положення. На сьогоднішній день існують дві принципові схеми відсікання конвертерного шлаку: автоматична (активна) та «пасивна». До основних автоматичних схем відноситься газодинамічна система відсікання та система типу «шиберний затвор». Доступною та ефективною альтернативою є схема «пасивного» відсічення первинного та вторинного конвертерного шлаку, з використанням функціональних вогнетривких виробів. На промисловому майданчику компанії ТОВ «ГІР-Інжінірінг» спільно з ФТІМС НАН України розроблено «пасивну» схему комплексного відсічення конвертерного шлаку. Вона включає дві системи, первинна відсікання пластичним стопором типу «тампон» і вторинна відсікання вогнетривким стопором типу «куля» / «дротик». Обидві системи працюють із ручними аплікаторами, що мінімізує капітальні витрати на їх впровадження у виробничий ланцюг. В період з липня 2020 до вересня 2020 р. проведено успішні дослідні та дослідно-промислові випробування стопорів первинного відсікання шлаку марок «GIR-TAMP-150-DMK» ККЦ ПрАТ «КАМЕТ-СТАЛЬ» (м. Кам’янське, Україна) у складі двох 250 тн конвертерів. Середній показник рефосфорації металу з використанням розроблених виробів було знижено на 20%. У період 2021-2024 років, в умовах комбінату ПрАТ «КАМЕТ-СТАЛЬ» проведено успішні промислові випробування розробленої комплексної системи відсічення конвертерного шлаку. Сумарний економічний ефект від впровадження становив ≈ 1,2 USD/тн сталі.
Проблема десульфурації чорнового феронікелю, отриманого за технологією низького відновлення на Побузькому феронікелевому комбінаті
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Шевченко, Денис В.; Овчарук, Анатолій Миколайович; Надточій, Анжела Анатоліївна
UKR: Мета. З введенням в експлуатацію РТП1 канадської компанії Hatch на Побузькому феронікелевому комбінаті та переведенням її на технологію низького відновлення (ТНВ) стало можливим отримання феронікелю, що містить лише соті частки відсотка кремнію і вуглецю, що необхідні для содової десульфурації в ковші, тому комбінатом впроваджено комплексну технологію, якою передбачається змішування (мікшування) чорнового феронікелю, що випускається з РТП1 зі зниженим вмістом кремнію та вуглецю та з високим вмістом Ni, зі сплавом із РТП2 з низькою концентрацією нікелю та високою кремнію і вуглецю. Однак у зв'язку із зупинкою РТП2 на капітальний ремонт виникла потреба відпрацювати режим десульфурації за комбінованою схемою, яка передбачає поєднати содову десульфурацію та киснево-конвертерну, яка є скрутною і потребує додаткових матеріальних та енергетичних витрат. Методика. Термодинамічне моделювання виконане з використанням програмного комплексу HSC Chemistry 6.1. Аналітичні та промислові дослідження в умовах Побузького феронікелевого комбінату. Результати. Оброблено та проаналізовано результати промислових досліджень комбінованої технологічної схеми десульфурації високовідсоткового феронікелю в ковші та конвертері, узагальнено технічні результати десульфурації феронікелю на всіх етапах розвитку та вдосконалення його виробництва в умовах ПФК. Наукова новизна. Проведено рівноважний розподіл фаз у системі Fe-Ni-S-Na-Si-C-O з використанням бази даних програми «HSC Chemistry 6,0». Показано, що кремній впливає на повноту реакції десульфурації. Визначено температурні межі процесу. Практична значимість. У промислових умовах Побузького феронікелевого комбінату відпрацьовано та освоєно комбіновану технологію десульфурації високовідсоткового феронікелю з РТП1 за схемою ківш-кисневий конвертер, що забезпечило можливість роботи комбінату при зупинці РТП2 на капітальний ремонт та одержання товарної продукції.
Вуглецевотермічне відновлення оксидів заліза в умовах електромагнітного впливу
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Гришин, Олександр Михайлович; Величко, Олександр Григорович; Грек, Олександр Сергійович; Надточій, Анжела Анатоліївна
UKR: Мета. З метою отримання кількісних характеристик впливу електромагнітного поля на процес відновлення оксидів заліза вуглецем у твердій фазі та вивчення механізму цього процесу проведено експериментальні дослідження вуглецевотермічного та комплексного відновлення заліза з гематиту, магнетиту та окалини. Методика. Експерименти проводили у змінному магнітному полі індукційної печі з частотою змінного току в індукторі від 50 Гц до 40 кГц. з використанням термогравіметричної методики. Процес відновлення моделювали в умовах вуглецевотермічного відновлення із визначенням кінцевого ступеню відновлення оксиду та часу відновлення у діапазоні температур 973-1373 К з використанням різних рудо-вугільних матеріалів. Результати. Отримані дані свідчать про прискорення процесів газифікації вуглецю та газового відновлення оксидів під впливом ЕМП на 10-20 %. Встановлено що вплив магнітного поля тим вищий чим вище частота змінного струму в індукторі печі а також що вплив магнітного поля вищий у низькотемпературних діапазонах відновлення. Наукова новизна. Експериментально підтверджено вплив ЕМП на кінетику відновлення оксидів заліза. Запропоновано механізм впливу поля що інтенсифікує процес відновлення заліза. Практична значущість. Інтенсифікація процесів вуглецевотермічного відновлення оксидів заліза забезпечує зниження енерговитрат та підвищення продуктивності процесу.
Термокінетичні дослідження процесу довідновлення вторинних карбідокремніевих матеріалів
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Дерев'янко, Ігор Володимирович; Жаданос, Олександр Володимирович; Ярошенко, Ярослав О.; Надточій, Анжела Анатоліївна
UKR: Мета: Карбід кремнію, незмінний лідер у сфері керамічних матеріалів з екстремальними властивостями, сьогодні стикається з викликом сталого розвитку. Незважаючи на широкий спектр застосувань: від виробництва абразивних інструментів, високотемпературних нагрівачів, вогнетривкої кераміки до металургії, традиційні методи виробництва SiC пов'язані з високим енергоспоживанням та значним екологічним слідом. Основна маса карбіду кремнію виробляється у печах опору по методу Ачесона. Одним із питань процесу виробництва карбіду кремнію є низький вихід товарної продукції що становить 15-19% від маси завантаження. Сучасні тенденції до створення енергоефективних та екологічно чистих технологій сприяють спонукають до використання вторинних матеріалів. В даній роботі досліджено можливість отримання карбіду кремнію металургійної якості з відходів електротермічних виробництв, що дозволить зменшити антропогенне навантаження на довкілля та знизити собівартість кінцевого продукту. Методика: Проведено лабораторні дослідження термокінетики процесу довідновлення вторинних карбідокремніевих матеріалів визначено хімічний склад отриманого карбідкремнійвміщуючого продукту. Результати та наукова новизна: Досліджено можливості довідновлення вторинних матеріалів електротермічних виробництв. Проведені дослідження отриманих карбідкремнійвміщуючих матеріалів. За результатами досліджень визначено напрями використання зазначеного продукту Практична цінність: Утилізація вторинних матеріалів дозволить зменшити кількість відходів, що направляються на звалища, та знизити ризик забруднення довкілля шкідливими речовинами. Створення замкнутого циклу виробництва: Впровадження технологій переробки вторинної сировини сприятиме створенню замкнутого циклу виробництва, що є одним з ключових принципів сталого розвитку.
Легування чавунів фосфором для підвищення функціональних властивостей виробів
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Пройдак, Андрій Юрійович
UKR: Поряд із традиційним виробництвом чавуну є низка марок з підвищеним вмістом фосфору. Фосфористі чавуни характеризуються низкою позитивних властивостей. Підвищений вміст фосфору в чавуні приводить до збільшення гідрорухливості розчину, сприяє підвищенню антифрикційних властивостей, а також зносостійкості. У чавунах, які порівняно зі сталями містять більше вуглецю, фосфор утворює евтектику, складовою частиною якої є фосфід заліза Fe3P. У залежності від вмісту фосфору в сірих чавунах з пластинчастою та високоміцних чавунах з кулястою формами графіту, фосфідна евтектика має вигляд разорієнтованих окремих включень, розірваної або суцільної сітки. У роботі наведені результати досліджень щодо впливу різних концентрацій фосфору на функціональні властивості виробів. Потреба металургійного виробництва України у ферофосфорі забезпечується, в основному, за рахунок імпортних поставок. У зв’язку з цим забезпечення металургійних підприємств вітчизняними фосфоровмісними матеріалами, як ферофосфор, для виплавки широкого марочного спектру чавунів є нагальною задачею.
Physico-Chemical Justification and Experimental Verification of a Waste-Free Method of Oxidative Dephosphorization of a High-Phosphorus Manganese Alloy
(National Metallurgical Academy of Ukraine, Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2024) Kamkina, Liudmyla V.; Velychko, K. A.; Velychko, A. G.; Jiang, Zhouhua
ENG: The purpose of the study: physicochemical justification of the process conditions and development of a rational algorithm for a single-stage waste-free method of oxidative dephosphorization of a high-phosphorus manganese alloy. Methods: thermodynamic analysis of the main reactions during oxidative refining of manganese alloys with a high phosphorus content. Experimental verification of the main stages of refining. Results: The physicochemical essence of the refining process of a high-phosphorus manganese alloy, which consists in creating conditions for oxidation in the alloy of manganese, carbon and silicon, is considered. The thermodynamic forecast of the course of reactions under the given conditions of oxidative refining of the associated metal confirms the possibility of obtaining three products: low-phosphorus manganese slag, ferric melt and phosphorus-containing slag with a phosphorus oxide content of 18-20% (phosphorus fertilizer). Scientific novelty: Based on the results of high-temperature mathematical modeling, it was established that the most rational oxygen consumption, which ensures the achievement of the tasks, is ~ 13 m3. As an oxidant, it is advisable to use oxygen blown by air, which is introduced into the converter bath using an inflatable nozzle from above. In this case, the total air consumption per 100 kg of alloy should be about 50 m3. Practical value: In the work, based on the thermodynamic forecast of the behavior of the elements of the accompanying alloy in oxidizing conditions, assessment of the thermal side of the process and further experimental verification, results were obtained that confirm the possibility of creating a waste-free technological scheme for refining a high-phosphorus alloy. In this case, it is advisable to carry out the refining of the alloy in conditions close to the conditions of modern production of low-phosphorus manganese slag, in which the temperature of the accompanying alloy is 1320...1350°C.
The Phenomenon of Thermodynamic Action during Plastic Deformation of Metals and Their Alloys
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Kuznetsow, Eugene V.
ENG: The most important problem of modern technology for mechanical processing of structural materials is to increase the efficiency of shaping operations. Its full value solution requires the establishment of a functional relationship between the parameters of the force influence on the workpiece and the characteristics of the natural adaptive behavior of the processed material. In this regard, using metals and their alloys as an example, the mechanism and general laws of thermodynamic excitation of solid crystalline bodies during plastic deformation are considered. The relationship between the change in the thermodynamic potentials of the substance of the deformed volume and its behavior during the process of shape forming, as well as in the postoperative period, is described. It is shown based on the synergetic method of analyzing highly nonequilibrium systems that from a technological point of view the most favorable adaptive functional response arises in the case when the deforming influence is exerted taking into account the natural ability of the workpiece substance to relaxation. The got results create the basis for improving the operations of mechanical processing of metals and their alloys by taking into consideration the properties and features of the natural deformation behavior of each concrete material under concrete conditions. They are applicable not only for metal forming operations, but also in cutting technology.
Аналіз стану термічно резервної зони доменної печі при використанні в шихті рудовугільних композицій
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Ванюков, Антон Андрійович; Камкіна, Людмила Володимирівна; Іващенко, Валерій Петрович; Мяновська, Яна Валеріївна; Сазонов, П. О.
UKR: Розглянуто виникнення та існування зон у доменній печі, обумовлене закономірностями теплообміну. У середній зоні доменної печі температура потоку газу, що виходить, залишається відносно постійною і в ній не відбуваються хімічні процеси. Це "термічно резервна зона", верхня частина цієї зони – "хімічно резервна зона" представлена вюститом, який не відновлюється. Резерв цієї зони – утворення газової фази. При добавках у шихту рудовугільних композицій відбувається відновлення оксидів заліза (t=1000 °C) за реакцією Fe2O3+C=Fe3O4+CO2 та газифікації вуглецю СО2+С=2СО (Реакція Будуара). Газова фаза (СО), що утворюється, інтенсивно відновлює оксиди заліза. Композити для доменної плавки виробляються із суміші доменних шламів із добавками цементу. Суміш переробляється рудовугільні котуни або брикети. Доменна плавка на металургійних заводах України, Південної Кореї, Японії показала, що використання рудовугільних композитів є ефективною добавкою в шихту доменної плавки для зниження витрати коксу. В основі ефекту рудовугільного композиту лежить теорія "Тісного контакту" (Coupling Phenomenom) між вуглецевими і залізовмісними матеріалами в окатиші-композиті. Їхня взаємодія відбувається, як показали дослідження, при температурах 250-420°C в атмосфері СО. З урахуванням реакції Будуара температура в термічно резервній зоні доменної печі знижується на 80-200°C. Таким чином, у хімічно резервній зоні – відновлення в'юститу відбувається не при 1000°C, а при 920-800°C і вона зміщується ближче до зон формування чавуну і шлаку. У статті проаналізовано термограми у доменній печі з урахуванням рудовугільних композитів. Хімічно резервна зона розташовується у середині шахти (від поверхні шлаку) 11,2 м. Зі збільшенням витрати композиту в шихті (30%) становище резервної зони знижується з 11,2 до 6,2 м. Ширина між термограмами 1200°C –1400°C є характерною зоною когезії, зі збільшенням витрат композиту знижується з 2,1 м т (без завантаження композиту) до 0,9 м при витраті композиту 30%.
Фізико-хімічні особливості твердофазного відновлення окатишів (брикетів) в умовах індукційного нагріву
(Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпро, 2024) Величко, Олександр Григорович; Грек, Олександр Сергійович; Гришин, Олександр Михайлович; Величко, Костянтин Олександрович
UKR: Запропоновано новий спосіб організації твердофазного відновлення окатишів (брикетів) з використанням індукційного нагріву і досліджено фізико-хімічні аспекти процесів нагріву та відновлення. Виконано термодинамічний аналіз реакцій у процесі твердофазного відновлення, визначено рівноважний склад газової фази у системі Fe-O-C та Mn-O-C, а також розраховано термодинамічно допустиму температуру початку відновлення оксидів заліза при різних значеннях α=PCO+PCO2. Проаналізовано результати розрахунку швидкості нагріву вугілля та рудного концентрату металевою складовою шихти окатишу (брикету) як за умов протікання хімічних реакцій, так і за їх відсутності. Експериментально показано принципову можливість нагрівання та відновлення оксидів заліза всередині об’єму окатиша, а також проведення як твердофазного відновлення, так і плавлення відновленого заліза з одержанням рідкої сталі в умовах плавлення в індукційній печі.
Analysis of the Mechanism for the Occurrence of a Functional Response during Plastic Deformation of Metals and Their Alloys
(National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipro, 2023) Kuznetsow, E. V.
ENG: Purpose. Perfection the method for designing technological operations of metal pressure processing by establishing a functional connection between the parameters of force action and the characteristics of the natural deformation behavior of workpieces during their shape forming process. Methodology. A combined analytical approach, which is based on a synthesis of the results of fundamental and applied research in the field of physics of deformable solids, metal forming technology, as well as in related fields of natural science, is used. Findings. It is shown that the nature of the adaptive functional response of metals and their alloys to deforming influence is determined by the magnitude of possible changes in the thermodynamic potentials of the disturbed volume of the substance. From a technological point of view the most favorable response occurs when the deforming influence on the workpiece is carried out taking into account the natural ability of its substance to relaxation. Originality. The functional relationship between changes in the thermodynamic potentials of the volume of a metal or alloy and its adaptive behavior during the deformation process, as well as in the postoperative period, is described. Practical value. The findings make it possible to optimize the technological processes of machining of metals and their alloys by pressure, taking into account the natural properties and behavioral characteristics of each concrete material under concrete production conditions.
Аналіз розвитку реакції окислення вуглецю низьковуглецевої сталі в ковші під вакуумом
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Величко, Олександр Григорович; Камкін, Володимир Юрійович; Рудько, Катерина Вячеславівна; Камкіна, Людмила Володимирівна
UKR: Об’єкт дослідження -процес вакуумування сталі в ковші. Мета дослідження –визначити степінь наближення реакцій дегазації до рівноваги та показники видалення за статтями. Методи дослідження -теоретичні дослідження базуються на основних положеннях фізичної хімії і теорії металургійних процесів, термодинамічні розрахунки нерівноваги реакцій дегазації. Наукова новизна - при вакуумних процесах дегазації істотну роль грає наближення відповідних реакцій до рівноваги, в промислових вакуумних установках рівновага між вуглецем і киснем, розчиненими в сталі, не досягається із-за виключно малих концентраціях взаємодіючих речовин швидкість хімічної реакції зменшується на-стільки, що не дозволяє за час обробки навіть наблизитися до стану термодинамічної рівноваги. Практична значимість - для забезпечення високого ступеня реалізації розкислювальної здатності вуглецю в умовах вакууму необхідно: застосовувати основну футеровку сталерозливних ковшів; підтримувати високу основність шлаку і мінімальний вміст оксидів заліза в ньому; перемішувати розплав в ковші інертним газом для полегшення умов зародження продуктів реакції окислення вуглецю.
Influence of Ice Structure on Vitability of Frozen Sand-Water and Sand-Clay Mixtures
(Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, 2024) Solonenko, L. I.; Uzlov, Kostiantyn I.; Kimstach, Tetiana V.; Mianovska, Ya. V.; Yakymenko, D. Yu.
ENG: Purpose. To establish influence regularity of sand, water and clay preparation conditions on vitability of frozen mixtures made from combinations of these components and to increase the castings quality in foundries, as well as to improve technologies for artificial freezing of soils for underground constructions. Methodology. In this research, sand, clay, and water are used. Ice quality is estimated visually after water freezing at -15 °C in glass tubes. Frozen mixtures’ vitability at -15 °C is studied on beam-type samples. As indicators of survivability, the time to 1 mm bending of samples on supports and the time to their destruction are accepted. The time is recorded with a stopwatch, the temperature with an alcohol thermometer, the mass with electronic scales and the deflection arrow with a clock-type indicator. Findings. The presence and amount of water-soluble impurities in rare water significantly influence the nature, size and distribution of gas bubbles in ice, as well as frozen sand-water mixtures vitability. Frozen mixtures’ survivability increases with water content in them increasing, and, for sand  water mixtures, survivability is maximum if ice has a homogeneous structure. Among mixtures with clays, the mixture with non-swollen kaolin clay has the greatest vitability. Regarding survivability, recommendations for manufacturing products from frozen foundry mixtures have been developed. Originality. For the first time, deformation change kinetics (bending arrows) under the influence of beam-type samples’ self-mass from mixtures of quartz sand and water and quartz sand, clay and water frozen at -15 °C, which have been previously prepared in different ways, have been investigated. Insights into the influence of various factors and ice quality on the vitability of frozen mixtures have been further developed. Practical value. The obtained results can be useful for expanding ideas about natural frozen soils’ behavior during their cyclic temperature changes, soils artificially frozen during mine shafts elaboration, escalators’ and junctions’ tunnels, etc. when constructing subways. In foundries, the developed recommendations will reduce technological losses and will improve casting quality made using frozen casting molds and cores from sand-water or sand-clay-water mixtures, castings’ patterns and their pouring systems from sand-water mixtures.

Browse

Recent Submissions