blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-8-601-605blackmet-1395Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА СИМПЛЕКСНЫХ РЕШЕТОК ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ДИАГРАММ СОСТАВ – ВЯЗКОСТЬ ШЛАКОВ СИСТЕМЫ СаО – SiO2 – В2О3 , СОДЕРЖАЩИХ 15 % Al2O3 И 8 %MgO*APPLICATION OF SIMPLEX LATTICE METHOD FOR COMPOSITION-VISCOSITY PLOTTING OF СаО – SiO2 – В2О3 SLAGS WITH 15 % Al2O3 AND 8 % MgOБабенкоА. А.BabenkoA. A.

д.т.н., главный научный сотрудник лаборатории пирометаллургии цветных металлов

620016, Россия, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher of the Laboratory of Pyrometallurgy of Nonferrous Metals

Ekaterinburg, Russia

babenko@gmail.comЖучковВ. И.ZhuchkovV. I.

д.т.н., профессор, главный научный сотрудник

620016, Россия, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher

Ekaterinburg, Russia

ntm2000@mail.ruУполовниковаА. Г.UpolovnikovaA. G.

к.т.н., старший научный сотрудник

620016, Россия, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

Ekaterinburg, Russia

РябовВ. В.RyabovV. V.

научный сотрудник

620016, Россия, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Research Associate

Ekaterinburg, Russia

Институт металлургии УрО РАНРоссияInstitute of Metallurgy UB RASRussian Federation201821102018618601605Copyright © Бабенко А.А., Жучков В.И., Уполовникова А.Г., Рябов В.В., 20182018Бабенко А.А., Жучков В.И., Уполовникова А.Г., Рябов В.В.Babenko A.A., Zhuchkov V.I., Upolovnikova A.G., Ryabov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1395

В работе приведены результаты построения диаграмм состав – вязкость шлаков системы СаО – SiO2 – В2О3 , содержащих 15 % Al2O3 и 8 % MgO с использованием метода симплексных решеток, который позволит получать математические модели, описывающие зависимость свойства от состава в виде непрерывной функции. Исследованию подвергался ограниченный участок в виде локального симплекса, представленного двумя концентрационными треугольниками CaO – SiO2 – B2O3 . Планирование эксперимента осуществляли в координатах псевдокомпоненты. Для описания зависимости вязкости шлака от его состава была выбрана математическая модель в виде полинома III степени. В матрице планирования эксперимента составы шлаков приведены в координатах  псевдокомпонентов и исходных компонентов. Шлаки, соответствующие по составу вершинам изучаемого локального симплекса, выплавляли в графитовых тиглях из предварительно прокаленных оксидов марки ЧДА. Составы шлаков, соответствующие остальным точкам плана локального симплекса, получали встречной шихтовкой шлаков вершин симплекса. В опытах для измерения вязкости шлаков использовали молибденовые тигли. Измеренияосуществляли с помощью электровибрационного вискозиметра в токе аргона при непрерывном охлаждении расплава от гомогенно-жидкого до твердого состояния. Результатоы обобщения математического моделирования и графического отображения, представленные в виде диаграмм состав – свойство, позволили количественно оценить влияние основности шлака и содержания B2O3 на вязкость получаемой оксидной системы. Шлаки оксидной системы CaO – SiO2 – B2O3 , содержащей 15 % Al2O3 и 8 % MgO, характеризуются достаточно низкой вязкостью в интервале температур 1450 – 1500 °С. Вязкость таких шлаков значительно увеличивается при снижении температур до 1400 °С. Установлено, что шлаки основностью 2 – 5, содержащие 1 – 4 % B2O3 , характеризуются при постоянных концентрациях Al2O3 (15 %) и MgO (8 %) высокой жидкоподвижностью, их вязкость в диапазоне температур 1450 – 1500 °С не превышает 4 – 7 Пз. Такие шлакиобладают, как правило, высокими рафинирующими свойствами и могут быть рекомендованы для формирования на установке ковш-печь.

The results of composition-viscosity plotting for slag of the CaO – SiO2 – B2O3 system containing 15 % of Al2O3 and 8 % of MgO using simplex lattice method are given in this paper. It allows obtaining mathematical models describing property dependence on composition as a continuous function. The study was subjected to a fixed area in a form of local simplex represented by two CaO – SiO2 – B2O3 concentration triangles. The experiment was planned in pseudo-component coordinates. To describe dependence of slag viscosity on its composition, a mathematical model of polynomial of the third degree was chosen. In experiment planning matrix, slag compositions are given in pseudo-components and original components coordinates. Slags corresponding to studied local simplex vertex composition were melted in graphite crucibles from pre-heated oxides of ChDA brand. Composition of slag, corresponding to the points of local simplex plan, was obtained by counter-mixing of simplex vertex slag. In experiments, molybdenum crucibles were used to measure slags viscosity. Measurements were carried out using an electric vibrational viscometer in an argon flow with continuous cooling of melt from homogeneous-liquid to solid state. The results of generalization of mathematical modeling and graphical representation presented in form of compositionpropertydiagrams made it possible to quantify effect of slag basicity and B2O3 content on viscosity of resulting oxide system. The slag of CaO – SiO2 – B2O3 oxide system, containing 15 % of Al2O3 and 8 % of MgO, is characterized by sufficiently low viscosity in temperature range of 1450 – 1500 °C. Viscosity of such slags increases significantly with temperatures decrease to 1400 °C. It has been established that slags with basicity of 2 to 5, containing 1 to 4 % of B2O3 , are characterized by high liquid mobility at constant concentrations of Al2O3 (15 %) and MgO (8 %), their viscosity in temperature range of 1450 – 1500 °C does not exceed 4 – 7 poise. Such slags have, as a rule, high refining properties and can be recommended for the formation on a ladle furnace installation.

борсодержащие шлакиосновностьвязкостьпланирование экспериментадиаграммы состав – вязкостьboron containing slagsbasicityviscosityexperiment planningcomposition – viscosity chartReferencesДюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. Т. 3. Внепечная металлургия стали. – М.: Теплотехник, 2010. – 544 с.Dyudkin D.A., Kisilenko V.V. Proizvodstvo stali. T. 3. Vnepechnaya metallurgiya stali [Steel production. Vol. 3. Out-of-furnace metallurgy of steel]. Moscow: Teplotekhnik, 2010, 544 p. (In Russ.).Чумаков С.М., Ламухин А.М., Зинченко С.Д. и др. Концепция производства низкосернистых сталей на ОАО «Северсталь» с учетом технологических аспектов: Труды VI конгресса сталеплавильщиков. – М.: АО «Черметинформация», 2001. С. 63 – 66.Chumakov S.M., Lamukhin A.M., Zinchenko S.D. Concept of production of low-sulfur steels at OJSC Severstal taking into account the technological aspects. In: Trudy VI kongressa staleplavil’shchikov [Proceedings of the 6th Congress of Steel-smelters]. Moscow: AO “Chermetinformatsiya”, 2001, pp. 63–66. (In Russ.).Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали. – М.: Металлургия, 1977. – 208 с.Sokolov G.A. Vnepechnoye rafinirovaniye stali [Out-of-furnace refining of steel]. Moscow: Metallurgiya, 1977, 208 p. (In Russ.).Hongming W., Tingwang Z., Hua Z. Effect of B2O3 on Melting Temperature, Viscosity and Desulfurization Capacity of CaO – based Refining Flux// ISIJ International. 2011. Vol. 51. № 5. Р. 702 – 708.Hongming W., Tingwang Z., Hua Z. Effect of B2O3 on melting temperature, viscosity and desulfurization capacity of CaO – based refining flux. ISIJ International. 2011, vol. 51, no. 5, рр. 702–708.Yan P., Guo X., Huang S., Dyck J., Guo M., Blanpain B. Desulphurisation of Stainless Steel by Using CaO–Al2O3 Based Slags during Secondary Metallurgy// ISIJ International, 2013. Vol. 53. No. 3. Р. 459 – 467.Yan P., Guo X., Huang S., Dyck J., Guo M., Blanpain B. Desulphurisation of stainless steel by using CaO–Al2O3 based slags during secondary metallurgy. ISIJ International. 2013, vol. 53, no. 3, pp. 459–467.Hui-xiang Yu, Xin-hua Wang, Mao Wang, Wan-jun Wang Desulfurization ability of refining slag with medium basicity // Int. J. Miner. Metall. Mater. 2014. Vol. 21. No. 12. Р. 1160 – 1166.Hui-xiang Yu, Xin-hua Wang, Mao Wang, Wan-jun Wang Desulfurization ability of refining slag with medium basicity. Int. J. Miner. Metall. Mater. 2014, vol. 21, no. 12, pp. 1160–1166.Takahashi D., Kamo M., Kurose Y., Nomura H. Deep steel desulphurisation technology in ladle furnace at KSC // Ironmaking and Steelmaking. 2003. Vol. 30. No. 2. Р. 116 – 119.Takahashi D., Kamo M., Kurose Y., Nomura H. Deep steel desulphurization technology in ladle furnace at KSC. Ironmaking and Steelmaking. 2003, vol. 30, no. 2, pp. 116–119.Nurhudin, Maulud Hidayat, Windu Basuki Deep desulfurization process for producing ultra-low sulfur steel at PT Krakatau steel //SEAISI Quarterly. 2004. Vol. 33. No. 2. P. 29 – 34.Nurhudin, Maulud Hidayat, Windu Basuki Deep desulfurization process for producing ultra-low sulfur steel at PT Krakatau steel. SEAISI Quarterly. 2004, vol. 33, no. 2, pp. 29–34.Hongming W., Guirong L., Bo L., Xue-jun Z., Yong-qi Y. Effect of B2O3 on Melting temperature of CaO-Based Ladle Refining Slag //ISIJ International. 2010. Vol. 17. No. 10. P. 18 – 22.Hongming W., Guirong L., Bo L., Xue-jun Z., Yong-qi Y. Effect of B2O3 on melting temperature of CaO-based ladle refining slag. ISIJ International. 2010, vol. 17, no. 10, pp. 18–22.Zhang L., Zhi J., Mei F. etc. Basic oxygen furnace based steelmaking processes and cleanliness control at Baosteel // Ironmaking and Steelmaking. 2006. Vol. 33. No. 2. P. 129 – 139.Zhang L., Zhi J., Mei F. etc. Basic oxygen furnace based steelmaking processes and cleanliness control at Baosteel. Ironmaking and Steelmaking. 2006, vol. 33, no. 2, pp. 129–139.Wang H.M., Li G.R., Dai Q.X. etc. Effect of Additives on Viscosity of LATS Refining Ladle Slag // ISIJ International. 2006. Vol. 46. No. 5. P. 637 – 640.Wang H.M., Li G.R., Dai Q.X. etc. Effect of additives on viscosity of LATS refining ladle slag. ISIJ International. 2006, vol. 46, no. 5, pp. 637–640.Kang Y.J., Yu L., Du S.C. Study of inclusion removal mechanism around open eye in ladle treatment // Ironmaking and Steelmaking. 2007. Vol. 34. No. 3. P. 253 – 261.Kang Y.J., Yu L., Du S.C. Study of inclusion removal mechanism around open eye in ladle treatment. Ironmaking and Steelmaking. 2007, vol. 34, no. 3, pp. 253–261.Планирование эксперимента при исследовании физико-химических свойств металлургических шлаков: Методическое пособие / В.А. Ким, Э.И. Николай, А.А. Акбердин, И.С. Куликов. – Алма-Ата: Наука, 1989. – 116 с.Kim V.A., Nikolai E.I., Akberdin A.A., Kulikov I.S. Planirovanie eksperimenta pri issledovanii fiziko-khimicheskikh svoistv metallurgicheskikh shlakov: Metodicheskoe posobie [Planning of experiment at the study of physical-chemical properties of metallurgical slags: Manual]. Alma-Ata: Nauka, 1989, 116 p. (In Russ.).Scheffé H. Experiments with mixtures // J. Roy Stat. Soc. Ser. B. 1958. Vol. 20. P. 344 – 36.Scheffé H. Experiments with mixtures. J. Roy Stat. Soc. B. 1958, vol. 20, pp. 344–360.Налимов В.В. Теория эксперимента // В кн.: Новые идеи в планировании эксперимента. – М.: Наука, 1969. С. 9 – 20.Nalimov V.V. Theory of experiment. In: Novyye idei v planirovanii eksperimenta [New ideas in the planning of the experiment]. Moscow: Nauka, 1969, pp. 9–20. (In Russ.).Ким В.А., Акбердин А.А., Куликов И.С. и др. Использование метода симплексных решеток для построения диаграмм типа состав – вязкость // Изв. вуз. Черная металлургия. 1980. № 9. С. 167.Kim V.A., Akberdin A.A., Kulikov I.S. The use of simplex lattices method for charting structure – viscosity diagrams. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1980, no. 9, pp. 167, 168. (In Russ.).Бабенко А.А., Жучков В.И., Смирнов Л.А., Сычев А.В., Уполовникова А.Г. Использование метода симплексных решеток для построения диаграмм состав – вязкость шлаков системыBabenko A.A., Zhuchkov V.I., Smirnov L.A., Sychev A.V., Upolovnikova A.G. The use of the simplex lattice method for constructing the composition-viscosity diagrams of the slags of CaO – SiO2 – Al2O3 – MgO – B2O3 system. Butlerovskie soobshcheniya. 2016, vol. 48, no. 11, pp. 40–44. (In Russ.).СаО – SiО2 – Al2O3 – MgO – В2О3 // Бутлеровские сообщения. 2016. Т. 48. № 11. С. 40 – 44.Babenko A.A., Zhuchkov V.I., Upolovnikova A.G., Kel’ I.N. Study of the viscosity of slags of СаО–SiO2–В2О3– 25 % Al2O3 – 8 % MgO system. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017, vol. 60, no. 10, pp. 820–825. (In Russ.).Бабенко А.А., Жучков В.И., Уполовникова А.Г., Кель И.Н. Изучение вязкости шлаков системы СаО – SiO2 – В2О3 – 25 % Al2O3 – 8 % MgO // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 10. С. 820 – 825.Babenko A.A., Zhuchkov V.I., Sychev A.V., Ryabov V.V., Upolovnikova A.G. Construction of diagrams of slag viscosity of the CaO – SiO2 – Al2O3 – 8 % MgO – 4 % B2O3 system by the simplex lattice method. Metally. 2017, no. 3, pp. 17–20. (In Russ.).Бабенко А.А., Жучков В.И., Сычев А.В., Рябов В.В., Уполовникова А.Г. Построение диаграмм вязкости шлаков системы СаО – SiO2 – Al2O3 – 8 % MgO – 4 % B2O3 методом симплексных решеток // Металлы. 2017. № 3. С. 17 – 20.Babenko A.A., Zhuchkov V.I., Smirnov L.A., Upolovnikova A.G., Selmenskikh N.I., Sychev A.V. Formation of basic boron-containing slags as a promising direction for out-of-furnace desulfurization and direct micro-alloying of low-carbon steel with boron. Chernaya metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2017, no. 9 (1413), pp. 50–54. (In Russ.).Бабенко А.А., Жучков В.И., Смирнов Л.А., Уполовникова А.Г., Сельменских Н.И., Сычев А.В. Формирование основных борсодержащих шлаков – перспективное направление внепечнойБабенко А.А., Жучков В.И., Смирнов Л.А., Уполовникова А.Г., Сельменских Н.И., Сычев А.В. Формирование основных борсодержащих шлаков – перспективное направление внепечнойдесульфурации и прямого микролегирования низкоуглеродистой стали бором // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2017. № 9 (1413). С. 50 – 54.десульфурации и прямого микролегирования низкоуглеродистой стали бором // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2017. № 9 (1413). С. 50 – 54.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.