ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОЦІНКА СПОСОБУ АКТИВІЗАЦІЇ ГАЗОВОГО ПОТОКУ ДЛЯ ЗДІЙСНЕННЯ ЛЕГУВАННЯ ГАЗОПОДІБНИМ НІТРОГЕНОМ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-2884.43.2023.2Ключові слова:
продувка, фурма, активізація, електрод, кистьовий розрядАнотація
Нітроген є одним з дієвих легуючих, що покращує ряд показників сталі, проте дуже обмежено розчиняється у ній, особливо при введенні більш екологічним способом у газоподібному стані прямим продуванням. У зв’язку з цим актуальним є дослідження можливості підвищення розчинення газоподібного нітрогену при продуванні. Існують різні способи активізації газу, проте задля забезпечення відносно невисоких енергетичних затрат було запропоновано дослідити варіант активізації шляхом впливу низькотемпературної плазми — електричного кистьового розряду. Дослідження проведено на фізичному стенді, який моделює ділянку фурми на виході для подачі активованого газу при використанні різних типів розрядних пристроїв закритого типу: із занурюваним не ізольованим електродом та виступаючим практично повністю ізольованим електродом. Було проаналізовано вплив тиску продувного газу та довжини дуги (відстані між електродами) на ефективність процесу іонізації потоку нітрогенвмісного газу (на прикладі повітря). Встановлено, що у разі використання розрядного пристрою із зануреним електродом сила струму, що формує активований газ, має квадратичну залежність від відстані між електродами з максимумом при відстані близько 15 мм та тиску продувного газу 0,25—0,3 МПа. При використанні розрядного пристрою із виступаючим електродом отримані значно вищі показники сили іонізованого струму при збереженні візуального розряду навіть при високих тисках продувного газу (0,6МПа). При цьому сила струму зростає при збільшені дистанції розряду — із найбільшими показниками при низьких продувних тисках. Тобто варіант розрядного пристрою із виступаючим електродом більш перспективний з точки зору активізації нітрогенвмісного газового потоку.
Посилання
Gavreljuk V.G., Bems H. High nitrogen steel. Strukture, properties, manufacture, application. Berlin: Springer, 1999, 300 p.
Куцова В.З., Ковзель М.А., Носко О.А. Леговані сталі та сплави з особливими властивостя-ми: підручник. Дніпропетровськ: НМетАУ, 2008, 348 с.
Руденко Л.Ф., Говорун Т.П. Леговані сталі та сплави: навч. посіб. Суми: Сумський держав-ний університет, 2012, 171 с.
Сігова В.І., Хижняк В.Г., Курило Н.А. Азототитанування конструкційних та інструмента-льних сталей. Вісник СумДУ. Технічні науки. 2007. № 2. С. 73–79.
Пройдак Ю.С., Підгорний С.М., Трегубенко Г.М., Паляков Г.А., Палаш Б.В. Дослідження кінетики азотування мало- та безнікеливих корозійностійких сталей в твердому стані. Тео-рія і практика металургії. 2021. № 2. С. 22–29.
Jang J.M., Kim D.H., Paek M.K. Nitrogen solubility in cast iron containing C, Si and Mn. ISIJ International. 2018. Vol. 58, No. 7. P. 1185–1190.
Jung-Mock JANG, June-Yong EOM, Min JIANG, Min-Kyu PAEK, Jong-Jin PAK Nitrogen solubility in liquid manganese alloys containing silicon, iron and Carbon. ISIJ International. 2013. Vol. 53, No. 5. P. 768–773.
Jung-Mock JANG, Min-Kyu PAEK, Jong-Jin PAK Thermodynamics of nitrogen solubility and AlN formation in multi-component high Mn steel melts. ISIJ International. 2017. Vol. 57, No. 10. P. 1821–1830.
Min-Kyu Paek, Saikat Chatterjee, Jong-Jin Pak, In-Ho Jung Thermodynamics of nitrogen in Fe-Mn-Al-Si-C alloy melts. Metallurgical and materials transactions B. 2016. Vol. 47. P.1243–1262.
Rabinovich A.V., Zaslavskii Ya.B., Tregubenko G.N. Use of new high-strenght corrosion-resistant steels alloys with nitrogen in the manufacture of multilayer bellows. Chemical and petroleum engineering. 1993. Vol. 6. P.30–32.
Воденніков С.А., Галицький Ю.П., Воденнікова О.С. Теорія та технологія електросталеп-лавильного виробництва: навчальний посібник. Запоріжжя: Видавництво Запорізької дер-жавної інженерної академії, 2010, 246 с.
Gaye, H., Huin, D., Riboud, P.V. Nitrogen alloying of carbon and stainless steels by gas injection. Metall Mater Trans B. 2000. Vol. 31. Р. 905–912.
Jacques Foct, Charlotte S Becquart. High nitrogen steel and interstitial alloying. Materials science forum. 2003. Vol. 8. Р. 161–170.
Азотовмісна лігатура: пат. 43747 U Україна: МПК (2009) С22С 35/00. № u200903896; заявл. 21.04.09; опубл. 25.08.09, Бюл. № 16. 6 с.
Gizatulin R.A., Kozyrev N.A., Saprykin Alexander, Sheshukov О.Yu. Nitrogen alloying of steel by blowing in the ladle through bottom and submersible tuyeres. Applied mechanics and materials. 2015. Vol. 6. Р. 14–18.
Спосіб одержання азотовмісної лігатури: пат. 59276 А Україна: МПК(7) С22С35/00. № 20021210430; заявл. 23.12.02; опубл. 15.08.03, Бюл.№ 8. 8 с.
Lakomsky V.I. Alloying liquid metal with nitrogen from an electric arc plasm. Cambridge: Inter-nation science publishing, 1999. 223 p.
Семикін С.І., Голуб Т.С., Прокопенко П.Г. Стендове дослідження особливостей електрофі-зичної активізації газового кислородвміщуючого струменя. Сучасні проблеми металургії. Наукові вісті. Дніпро. 2019. № 22. С. 94–103.
Курс фізики: У 3 кн.: Кн. 2. Електрика і магнетизм: навчальний посібник / Г.Ф. Богуш, Є.Ф. Венгер. – Київ: Вища школа, 2003. 278 с.
Yuri P. Raizer. Gas discharge physics. Berlin: Springer-Verlag. 2011. 460 p.
Howatson A. M. An introduction to gas discharges. Oxford: Pergamon Press, 1976. 244 p.
Gupta P., Tenhundfeld G., Daigle E.O., Ryabkov D. Electrolytic plasma technology: science and engineering — an overview. Surface and coatings technology. 2007. Vol. 8. Р. 1–32.
Kozhevnikov O.E., Pylypenko M.M., Stadnik Yu.S., Azhazha R.V. Zone refining of zirconium in an electric field. PASТ. Kharkiv. 2020. № 125. Р. 27–34.
Tsvetkov Yu.V. Plasma metallurgy: current state, problem and prospects. Pure Appl. Chem. 1999. Vol. 71, No. 10. P. 1853–1862.
Mihovsky M. Thermal plasma application in metallurgy. Journal of the University of chemical technology and metallurgy. 2010. Vol. 45, No 1. P. 3–18.
Критська Т.В., Туришев К.О., Таранець А.В. Екологічні та технічні перспективи застосу-вання кисню й озону. Металургія. Запоріжжя. 2016. № 36. С 119–122.
Stetter J.R., Korotcenkov G., Zeng X., Tang Y., Liu Y. Chemical Sensors: Comprehensive Sensor Technologies.Vol. 5. Electrochemical and Optical Sensors. – New York: Momentum Press, 2011. Р.1–89.
Gavreljuk V.G. & Bems H. (1999). High nitrogen steel. Strukture, properties, manufacture, ap-plication. Berlin: Springer. [in English].
Kutsova V.Z., Kovzel M.A. & Nosko O.A. (2008). Lehovani stali ta splavy z osoblyvymy vlasty-vostiamy: pidruchnyk [Alloy steels and alloys with special properties: a textbook]. Dniprope-trovsk: NMetAU. [in Ukrainian].
Rudenko L.F. & Hovorun T.P. (2012). Lehovani stali ta splavy: navch. posib [Alloy steels and alloys: teaching. manual]. Sumy: Sumskyi derzhavnyi universytet. [in Ukrainian].
Sihova V.I., Khyzhniak V.H. & Kurylo N.A. (2007). Azototytanuvannia konstruktsiinykh ta instrumentalnykh stalei [Nitriding of structural and tool steels]. Visnyk SumDU. Tekhnichni nauky – Bulletin of Sumy State University. Technical sciences, 2, 73–79. [in Ukrainian].
Proidak Yu.S., Pidhornyi S.M., Trehubenko H.M., Paliakov H.A. & Palash B.V. (2021). Dos-lidzhennia kinetyky azotuvannia malo- ta beznikelyvykh koroziinostiikykh stalei v tverdomu stani [Study of nitriding kinetics of low- and nickel-free corrosion-resistant steels in the solid state]. Teoriia i praktyka metalurhii – Theory and practice of metallurgy, 2, 22–29. [in Ukrainian].
Jang J.M., Kim D.H. & Paek M.K. (2018). Nitrogen solubility in cast iron containing C, Si and Mn. ISIJ International, 58 (7), 1185–1190. [in English].
Jung-Mock JANG, June-Yong EOM, Min JIANG, Min-Kyu PAEK & Jong-Jin PAK (2013). Nitrogen solubility in liquid manganese alloys containing silicon, iron and Carbon. ISIJ International, 53 (5), 768–773. [in English].
Jung-Mock JANG, Min-Kyu PAEK & Jong-Jin PAK (2017). Thermodynamics of nitrogen solubility and AlN formation in multi-component high Mn steel melts. ISIJ International, 57 (10), 1821–1830. [in English].
Min-Kyu Paek, Saikat Chatterjee, Jong-Jin Pak & In-Ho Jung (2016). Thermodynamics of nitrogen in Fe-Mn-Al-Si-C alloy melts. Metallurgical and materials transactions B, 47, 1243–1262. [in English].
Rabinovich A.V., Zaslavskii Ya.B. & Tregubenko G.N. (1993).Use of new high-strenght corrosion-resistant steels alloys with nitrogen in the manufacture of multilayer bellows. Chemical and petroleum engineering, 6, 30–32. [in English].
Vodennikov S.A., Halytskyi Yu.P. & Vodennikova O.S. (2010). Teoriia ta tekhnolohiia elektrostaleplavylnoho vyrobnytstva: navchalnyi posibnyk [Theory and technology of electric steelmaking: a study guide]. Zaporizhzhia: Vydavnytstvo Zaporizkoi derzhavnoi inzhenernoi akademii. [in Ukrainian].
Gaye, H., Huin, D. & Riboud, P.V. (2000). Nitrogen alloying of carbon and stainless steels by gas injection. Metall Mater Trans B, 31, 905–912 [in English].
Jacques Foct & Charlotte S Becquart. (2003). High nitrogen steel and interstitial alloying. Materials science forum, 8, 161–170. [in English].
Azotovmisna lihatura: pat. [Nitrogen containing alloy] 43747 U Ukraina: MPK (2009) S22S 35/00. № u200903896; zaiavl. 21.04.09; opubl. 25.08.09, Biul.№ 16. [in Ukrainain].
Gizatulin R.A., Kozyrev N.A., Saprykin Alexander & Sheshukov О.Yu. (2015). Nitrogen alloying of steel by blowing in the ladle through bottom and submersible tuyeres. Applied mechanics and materials, 6, 14–18. [in English].
Sposib oderzhannia azotovmisnoi lihatury [Method of maintaining a nitrogen-containing liga-ture]: pat. 59276 A Ukraina: MPK(7) S22S35/00. № 20021210430; zaiavl. 23.12.02; opubl. 15.08.03, Biul.№ 8. [in Ukrainain].
Lakomsky V.I. (1999). Alloying liquid metal with nitrogen from an electric arc plasm. Cam-bridge: Internation science publishing. [in English].
Semykin S.I., Golub T.S. & Prokopenko P.H. (2019). Stendove doslidzhennia osoblyvostei elek-trofizychnoi aktyvizatsii hazovoho kyslorodvmishchuiuchoho strumenia [Bench study of the features of electrophysical activation of a gas oxygen-containing flow]. Suchasni problemy metalurhii. Naukovi visti – Modern problems of metallurgy. Scientific news, 22, 94–103. [in Ukrainain].
Bohush H.F. & Venher Ye.F. (2003). Kurs fizyky: U 3 kn.: Kn. 2. Elektryka i mahnetyzm [Physics course: Electricity and magnetism]: navchalnyi posibnyk. Kyiv: Vyshcha shkola. [in Ukrainain].
Yuri P. Raizer. (2011). Gas discharge physics. Berlin: Springer-Verlag. [in English].
Howatson A. M. (1976) An introduction to gas discharges. Oxford: Pergamon Press. [in English].
Gupta P., Tenhundfeld G., Daigle E.O. & Ryabkov D. (2007). Electrolytic plasma technology: science and engineering—an overview. Surface and coatings technology, 8, 1–32. [in English].
Kozhevnikov O.E., Pylypenko M.M., Stadnik Yu.S. & Azhazha R.V. (2020). Zone refining of zirconium in an electric field. PASТ, 125, 27–34. [in English].
Tsvetkov Yu.V. (1999). Plasma metallurgy: current state, problem and prospects. Pure Appl. Chem, 71 (10), 1853–1862 [in English].
Mihovsky M. (2010). Thermal plasma application in metallurgy. Journal of the University of chemical technology and metallurgy, 45 (1), 3–18 [in English].
Krytska T.V., Turyshev K.O. & Taranets A.V. (2016). Ekolohichni ta tekhnichni perspektyvy zastosuvannia kysniu y ozonu [Ecological and technical prospects of oxygen and ozone applica-tion]. Metalurhiia – Metallurgy, 36, 119–122. [in Ukrainain].
Stetter J.R., Korotcenkov G., Zeng X., Tang Y. & Liu Y. (2011). Chemical Sensors: Comprehensive Sensor Technologies. Vol. 5. Electrochemical and Optical Sensors. New York: Momentum Press, 1–89. [in English].
