ТЕРМОДИНАМІЧНА ОЦІНКА ЕЛЕКТРИЧНОЇ АКТИВІЗАЦІЇ ПРОДУВКИ КИСНЕМ ЗВЕРХУ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-2884.45.2024.3Ключові слова:
продувка киснем, високовольтна активізація, сталеплавильна ванна, йонний обмін, вільна енергія Гіббса, електродний потенціалАнотація
У роботі наведено результати термодинамічного аналізу впливу високовольтної активізації кисневого потоку на перебіг реакції окислення вуглецю газоподібною складовою до СО. Розрахунок вільної енергії Гіббса проведено для умов окислювально-відновних реакцій з урахуванням електродних потенціалів складових. Встановлено, що високовольтна активізація кисню на виході з сопла створює таку кількість активних часток — іонів, що на відстані 40 калібрів діаметра сопла їх додаткова кількість сприяє значному підвищенню електродного потенціалу кисню у 1,1 рази.
Посилання
Зражевский А.Д., Чернятевич А.Г., Сущенко А.В., Гриценко А.С. Состояние и дальнейшее совершенствование конструкций кислородных фурм в конвертерных цехах Украины. Металлургическая и горнорудная промышленность, 2014. № 6. С. 20–30.
Сущенко А.В. Совершенствование и оптимизация дутьевых режимов и устройств кислородных конвертеров. Вісник Приазовського державного технічного університету, 2009. вип. 19. С. 36–41.
Охотский В.Б., Молчанов Л.С., Зражевский А.Д. Динамика расхода сталеплавильной шихты. Технология. Металлургическая и горнорудная промышленность, 2015. № 4. С. 16–24.
Wang Z., Liu H., Wei S., Liu Q., Lu X. Effect of blowing parameters on bath mixing efficiency during basic oxygen furnace steelmaking process. Engineering Reports. 2021. vol. 3. P. 1–10.
Asahara N., Naito K., Kitagawa I., Matsuo M., Kumakura M., Iwasaki M. Fundamental study on interaction between top blown jet and liquid Bath. Steel Research International, 2011. vol. 82. P. 587–594.
Cao L.L., Liu Q., Wang Z., Li N. Interaction behaviour between top blown jet and molten steel during BOF steelmaking process. Ironmaking and Steelmaking, 2018. vol. 45. P. 39–248.
Chou J.M., Chuang M.C., Yeh M.H. Effects of process conditions on mixing between molten iron and slag in smelting reduction vessel via water model study. Ironmaking and Steelmaking, 2003. vol. 30. P.195–202.
Lima W., Maia B.T. BOF lance and functions. Conference proceedings of AISTech 2022, Pittsburgh. P. 480–493.
Li Z.–Z., Zhu R., Liu R.–Z., Lü M. Effect of oxygen lance position on the flow velocity of molten steel in BOF. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2014. vol. 36. P. 15–20.
Богушевский В.С., Грабовский Г.Г., Церковницкий Н.С, Ушаков В.А. Система управления конвертерной плавкой. Металлургическая и горнорудная промышленность, 2007. № 4. С. 232–235.
Чернятевич А.Г., Вакульчук В.В., Молчанов Л.С., Юшкевич П.О., Сигарев Е.Н., Чубин К.И., Чубина Е.А. Высокотемпературное моделирование продувки конвертерной ванны с использованием двухъярусной кислородной фурмы. Теория и практика металлургии, 2017. № 3—4. С. 79—85.
Чернятевич А.Г., Молчанов Л.С., Юшкевич П.О. Высокотемпературное моделирование продувки конвертерной ванны с применением трехъярусной фурмы. Металл и литье Украны, 2017. № 6–7 (289–290). С. 6–7.
Rymarchyk N.M. and Barbus J.A. The post combustion lance: theory and application in the BOF steelmaking process.12th IAS Steelmaking seminar. 1999. ISS Argentina.
Lytvynyuk Y., van den Berg B., Skorianz M., Corus D. Increased scrap utilization in the converter steelmaking. Milleniumsteel, 2023. vol. 7. P. 28–34.
Семыкин С.И. Влияние низковольтных потенциалов на выход жидкой стали при конвертерном процессе. Металлургическая и горнорудная промышленность, 2006. № 7. С. 101–105.
Семыкин С.И., Кияшко Т.С., Семыкина Е.В. Исследование особенностей влияния низковольтного потенциала на процессы рафинирования металла в кислородном конвертере. Металл и литье Украины, 2011. № 7. С. 29–33.
Семыкин С.И., Голуб Т.С., Дудченко С.А., Вакульчук В.В. Высокотемпературные исследования особенностей влияния низковольтного потенциала на поведение шлако-металлической ванны при продувке сверху. Сучасні проблеми металургії, 2019. т. 22. С. 83–93.
Семыкин С.И., Голуб Т.С., Прокопенко П.Г. Стендовое исследование особенностей электрофизической активизации газового кислородсодержащего потока. Сучасні проблеми металургії, 2019. № 22. C. 94–103.
Koukkari P., Penttilä K., Keegel M. Coupled thermodynamic and kinetic models for high-temperature processes. Proceedings of the 10th International IUPAC Conference on High temperature materials chemistry, Part I, Forscungszentrum Julich, 2000. P. 253–256.
Lele A.B. & Dutta S.K. Metallurgical thermodynamics kinetics and numericals. S Chand Publishing, 2012. 200 p.
Novikov V.K., Spiridonov M.A., Sangalova I.S. Chemical thermodynamics and elements of structure in oxide melts. Journal of Physics: Conference Series, 2008. vol. 98 (1) 012020. P.1–5.
Carter P.T., Macfarlane T.G. Thermodynamics of slag. Journal Iron and Steel Inst., 1957. vol. 173. № 1. P. 62–66.
Turkdogan E.T. Fundametals of steelmaking. The institute of materials, London, 1996. 331 p.
Noyes A.A. & Wilson H.A. The thermal ionization of gaseous elements at high temperatures: a confirmation of the Saha theory. Astrophysical Journal, 1923. vol. 57, P. 20.
Turner M. Chapter 2. Physics of cold plasma, in book Cold plasma in food and agriculture: Fundamentals and applications by Misra N. N., Schlüter O., Cullen P. J., 2016. P. 17–51.
Семыкин С.И., Поляков В.Ф., Дудченко С.А., Вакульчук В.В. Изучение электрических характеристик, снимаемых в конвертере с участка «фурма – ванна», на холодной модели продувки металла сверху. Фундаментальные и прикладные проблемы чёрной металлургии: Сб.научных трудов, 2009. вып. 20. С. 86–91.
Golub T.S. and Semykin S.I. Investigation of electric potential difference during the top oxygen blowing in converter. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2018. vol. 88 (1). P. 35–40.
Atkins P., de Paula J. and Keeler J. Physical Chemistry. 12 edition. Oxford University press, 2022. 976 p.
Borgohain B.; Bailung H. Sheath characteristics in a magnetically filtered low density low temperature multicomponent plasma with negative ions. Physics of Plasmas, 2019. vol. 26. iss.12. P. 123511 – 1–123511– 7.
Голуб Т.С., Молчанов Л.С., Семикін С.І. Дослідження та оцінка способу активізації газового потоку для здійснення легування газоподібним нітрогеном. Збірник наукових праць ДДТУ, 2023. № 2 (43). С. 18–27.
Zrazhevskij А.D., Cherniatevich А.G., Sushenko А.V., Gricenko А.S. (2014) Sostoianie i dalnejshee sovershenstvovanie konstrukcii kislorodnyh furm v konverternyh cehah Ukrainy [State and further improvement of the structures of oxygen lances in the converter workshops of Ukraine]. Metallurgical and mining industry. vol. 6. P. 20–30. [in Russian].
Sushenko А.V. (2009) Sovershenstvovanie i optimizacia dutevyh rezhumov i ustrojstv kislorodnyh konverterov [Improvement and optimization of blast modes and devices of oxygen converters]. Bulletin of the Azov State Technical University. vol. 19. P. 36–41 [in Russian].
Ohotskij V.B., Molchanov L.S., Zrazhevskij А.D. (2015) Dinamika rashoda staleplavilnoj shihty. Tehnologia [Dynamics of steelmaking charge consumption. Technology]. Metallurgical and mining industry. vol. 4. P. 16–24 [in Russian].
Wang Z., Liu H., Wei S., Liu Q., Lu X. (2021) Effect of blowing parameters on bath mixing efficiency during basic oxygen furnace steelmaking process. Engineering Reports. vol. 3. P. 1–10.
Asahara N., Naito K., Kitagawa I., Matsuo M., Kumakura M., Iwasaki M. (2011) Fundamental study on interaction between top blown jet and liquid Bath. Steel Research International. vol. 82. P. 587–594.
Cao L.L., Liu Q., Wang Z., Li N. (2018) Interaction behaviour between top blown jet and molten steel during BOF steelmaking process. Ironmaking and Steelmaking. vol. 45. P. 39–248.
Chou J.M., Chuang M.C., Yeh M.H. (2003) Effects of process conditions on mixing between molten iron and slag in smelting reduction vessel via water model study. Ironmaking and Steelmaking. vol. 30. P.195–202.
Lima W., Maia B.T. (2022) BOF Lance and functions. Conference proceedings of AISTech 2022, Pittsburgh. P. 480–493.
Li Z.–Z., Zhu R., Liu R.–Z., Lü M. (2014) Effect of oxygen lance position on the flow velocity of molten steel in BOF. Journal of University of Science and Technology Beijing. vol. 36. P. 15–20.
Bogushevskij V.S., Grabovskij G.G, Cerkovnickij N.S., Ushakov V.А. (2007) Sistema upravleniia konverternoj plavkoj. [Converter melting control system]. Metallurgical and mining industry. vol. 4. P 232–235. [in Russian].
Cherniatevych А.G., Vakulchuk V.V., Мolchanov L.S., Yushkevich P.О., Sigarev Ye.N., Chubin K. I., Chubina Ye. А. (2017) Vysokotemperaturnoe modelirovanie produvki konverternoj vanny s ispolzovaniem dvuhjarusnoj kislorodnoj furmy [High-temperature modeling of converter bath blowing using a two-tier oxygen tuyere]. Theory and practice of metallurgy. vol. 3—4. P. 79–85. [in Russian].
Cherniatevych А.G., Мolchanov L.S., Yushkevich P.О. (2017) Vysokotemperaturnoe modelirovanie produvki konverternoj vanny s primeneniem trehjzrusnoj furmy [High-temperature modeling of converter bath blowdown using a three-level lance]. Metal and casting of Ukraine. vol. 6–7 (289–290). P. 6–7. [in Russian].
Rymarchyk N.M., Barbus J.A. (1999) The post combustion lance: theory and application in the BOF steelmaking process. 12th IAS Steelmaking seminar. ISS Argentina.
Lytvynyuk Y., van den Berg B., Skorianz M., Corus D. (2023) Increased scrap utilization in the converter steelmaking. Milleniumsteel. vol. 7. P. 28–34.
Semykin S.I. (2006) Vlijanie nizkovoltnyh potencialov na vyhod zhidkoj stali pri konverternom processe [Effect of Low Voltage Potentials on Liquid Steel Yield in Converter Process]. Metallurgical and Mining Industry. vol. 7 . P. 101–105. [in Russian].
Semykin S. I., Kiiashko Т. S., Semykina Ye. V. (2011) Issledovanie osobennostej vlojania nizkovoltnogo potenciala na process rafinirovania metalla v kislorodnom konvertere [Study of the features of the influence of low-voltage potential on the processes of metal refining in an oxygen converter]. Metal and casting of Ukraine. vol. 7. P. 29–33 . [in Russian].
Semykin S.I., Golub T.S., Dudchenko S.А., Vakulchuk V.V. (2019) Vysokotemperaturnye issledovania osobennostej vlojania nizkovoltnogo potenciala na povadanie shlako-metallicheskoj vanny pri produvke sverhu [High-temperature studies of the features of the influence of low-voltage potential on the behavior of a slag-metal bath during top blowing]. Modern problems of metallurgy. vol. 22. P. 83–93. [in Russian].
Semykin S.I., Golub T.S., Prokopenko P.G. (2019) Stendovoe issledovanie osobennostey elektrofizicheskoj aktivizacii gazovogo kislorodsoderzashego potoka [Bench study of the features of electrophysical activation of gas oxygen-containing flow]. Modern problems of metallurgy. vol. 22. P. 94–103. [in Russian].
Koukkari P., Penttilä K., Keegel M. (2000) Coupled thermodynamic and kinetic models for high-temperature rrocesses. Proceedings of the 10th International IUPAC Conference on High temperature materials chemistry, Part I, Forscungszentrum Julich. P. 253–256.
Lele A.B. & Dutta S.K. (2012) Metallurgical thermodynamics kinetics and numericals. S Chand Publishing. 200 p.
Novikov V.K., Spiridonov M.A., Sangalova I.S. (2008) Chemical thermodynamics and elements of structure in oxide melts. Journal of Physics: Conference Series 98 (1) 012020. P.1–5.
Carter P. T. and Macfarlane T. G. (1957) Thermodynamics of slag. Journal Iron and Steel Inst. vol. 173. iss. 1. P. 62–66.
Turkdogan E.T. (1996) Fundametals of Steelmaking. The Institute of Materials, London, 1996. 331 p.
Noyes A.A. & Wilson H.A. (1923) The thermal ionization of gaseous elements at high temperatures: a confirmation of the Saha theory. Astrophysical Journal. vol. 57. P. 20.
Turner M. (2016) Chapter 2. Physics of cold plasma, in book Cold plasma in food and agriculture: Fundamentals and applications by Misra N. N., Schlüter O., Cullen P. J. P. 17–51.
Semykin S.I., Poliakov V.F., Dudchenko S.А., Vakulchuk V.V. (2009) Izuchenie elektricheskih harakteristik, snimaemyh s uchastka “furma-vanna”, na holodnoj modeli produvki metalla sverhu [Study of electrical characteristics taken in the converter from the “lance – bath” section, on a cold model of top blowing metal]. Fundamental and applied problems of ferrous metallurgy. vol. 20. P. 86–91. [in Russian].
Golub T.S. and Semykin S.I. (2018) Investigation of electric potential difference during the top oxygen blowing in converter. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. vol. 88 (1). P. 35–40.
Atkins P., de Paula J. and Keeler J. (2022) Physical Chemistry. 12 edition. Oxford University press. 976 p.
Borgohain B.; Bailung H. (2019) Sheath characteristics in a magnetically filtered low density low temperature multicomponent plasma with negative ions. Physics of plasmas. vol. 26. iss.12. P. 123511 – 1–123511 – 7.
Golub Т.S., Molchanov L.S., Semykin S.I. (2023) Doslidzhennia ta ocinka sposobu aktyvizacii gazovogo potoku dlia zdijsnennia leguvannia gazopodibnym nitrogenom [Research and assessment of the method of gas flow activation for alloying with gaseous nitrogen]. Collection of scientific works of DSTU. vol. 2 (43). P. 18–27[in Russian].
