blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-2-123-127blackmet-1584Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSESИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ В2О3 И ОСНОВНОСТИ ШЛАКОВ СИСТЕМЫ CaO–SiO2 –B2O3 –Al2O3 НА КОНЦЕНТРАЦИЮ НАСЫЩЕНИЯ ОКСИДОМ МАГНИЯINFLUENCE OF B2O3 AND CaO–SiO2 –B2O3 –Al2O3 SLAG SYSTEM BASICITY ON CONCENTRATION OF MAGNESIUM OXIDE SATURATIONБабенкоА. А.BabenkoA. A.

д.т.н., ведущий научный сотрудник

Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher

babenko@gmail.comСметанниковА. Н.SmetannikovA. N.

инженер-исследователь

Research Engineer

artem.smetannikov.89@mail.ruЖучковВ. И.ZhuchkovV. I.

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

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

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

к.т.н., научный сотрудник

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

upol.ru@mail.ruИнститут металлургии УрО РАНРоссияInstitute of Metallurgy, UB RAS, EkaterinburgRussian Federation201929032019622123127Copyright © Бабенко А.А., Сметанников А.Н., Жучков В.И., Уполовникова А.Г., 20192019Бабенко А.А., Сметанников А.Н., Жучков В.И., Уполовникова А.Г.Babenko A.A., Smetannikov A.N., Zhuchkov V.I., Upolovnikova A.G.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/1584

Исследование влияния оксида бора B2O5 и основности шлаков системы CaO – SiO2  – B2O3  – Al2O3 на концентрацию насыщения оксидом магния MgO выполнены методом симплексных решеток планирования эксперимента, Этот метод позволяет построить математические модели, описывающие зависимость изучаемого свойства от состава в виде непрерывной функции. Синтетические шлаки, соответствующие по составу вершинам изучаемого симплекса, выплавляли в графитовых тиглях из предварительно прокаленных оксидов марки  Ч.Д.А. Составы шлаков, соответствующих остальным точкам плана локального симплекса, получали встречной шихтовкой шлаков вершин симплекса. По экспериментальным данным были построены математические модели, адекватно описывающие влияние состава шлака на концентрацию насыщения оксидом магния MgO. Графическое изображение результатов математического моделирования представлено диаграммой состав – концентрация насыщения шлака оксидом магния MgO. Анализ приведенных на диаграмме экспериментальных данных позволил получить новые сведения о влиянии оксида бора и основности шлаков системы CaO – SiO2 – B2O3 , содержащих Al2O3 , на концентрацию насыщения оксидом магния MgO. Установлено, что в шлаках, формируемых в области основности 2  –  3 и содержания оксида бора В2О3 1  –  3  %, концентрация насыщения оксидом магния MgO изменяется в пределах от 3 до 9  %. Повышение содержания оксида бора В2О3 в шлаке до 4  % приводит к росту концентрации насыщения шлака оксидом магния MgO до 11  –  13  %. Смещение шлаков в область повышенной до 3  –  4 основности характеризуется снижением концентрации насыщения оксидом магния MgO до 2  –  5  % при содержании оксида бора В2О3 1  –  3  % и увеличением до 7  –  9  % при содержании оксида бора В2О3 в шлаке 3  –  4  %. Формирование шлаков в области основности 4  –  5 и содержания оксида бора В2О3 1  –  3  % не приводит к существенному снижению концентрации насыщения шлака оксидом магния. Концентрация насыщения шлака оксидом магния MgO в данной области основности изменяется в пределах от 2 до 4  % и практически не достигает 7  % при увеличении содержания В2О3 до 4  %. При этом наблюдается рост себестоимости стали за счет увеличения расхода извести и материала, содержащего оксид бора.

Study of the effect of boron oxide and basicity of CaO – SiO2–B2O3  – Al2 O3 slag system on MgO saturation concentration was carried out using the simplex lattice method of experimental design, which allows one to construct mathematical models describing dependence of studied property on composition as a continuous function. Synthetic slags, corresponding in composition to vertices of studied simplex, were smelted in graphite crucibles from previously calcined oxides of analytical grade. Slag compositions corresponding to the remaining points of local simplex plan were obtained by counterblending slags of simplex tops. Using experimental data, mathematical models adequately describing effect of slag composition on saturation concentration of MgO were constructed. Graphic image of mathematical modeling results is represented by the composition diagram – saturation concentration of MgO. Analysis of experimental data presented in diagram made it possible to obtain new information on the effect of boron oxide and basicity of CaO – SiO2  – B2O3 slags system containing Al2O3 on MgO saturation concentration. It was established that in slags formed in basicity range of 2  –  3 and B2O3 content of 1  –  3  %, saturation concentration of MgO varies from 3 to 9  %. Increase in B2O3 content in slag to 4  % leads to an increase in MgO saturation concentration in slag of 11  –  13  %. Displacement of slags to area of increased basicity up to 3  –  4 is characterized by a decrease in MgO saturation concentration to 2  –  5  %, with 1  –  3  % of В2О3 content and an increase to 7  –  9  % at 3  –  4  % В2О3 in slag. Formation of slags in basicity range of 4  –  5 and B2O3 content of 1  –  3  % does not lead to a significant decrease in concentration of slag saturation with magnesium oxide. Saturation concentration of MgO in slag in this area of basicity varies from 2 to 4  % and practically does not reach 7  % with an increase in В2О3 content to 4  %. At the same time, there is an increase in cost of steel due to an increase in consumption of lime and material containing boron oxide.

планирование экспериментапериклазовый огнеупорсинтетический шлакосновностьоксид бораконцентрация насыщениядиаграмма состав – свойствоexperiment planningpericlase refractorysynthetic slagbasicityboron oxideMgO saturation concentrationcomposition-property diagramРабота выполнена при поддержке гранта РНФ (проект №  16- 19-10435)ReferencesДюдкин Д.А. Кисиленко В.В. Производство стали. Т. 1. Процессы выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки. – М.: Теплотехник, 2008. – 528 с.Dyudkin D.A., Kisilenko V.V. Proizvodstvo stali. T. 1. Protsessy vyplavki, vnepechnoi obrabotki i nepreryvnoi razlivki [Steel production. Vol. 1. The processes of smelting, secondary processing and continuous casting]. Moscow: Teplotekhnik, 2008, 528 p. (In Russ.).Jonsson Par G., Jonsson Lage T.I. The use of fundamental process models in studying ladle refining operations // ISIJ International. 2001. Vol. 4. No. 11. P. 1289 – 1302.Jonsson Par G., Jonsson Lage T. I. The use of fundamental process models in studying ladle refining operations. ISIJ International. 2001, vol. 41, no. 11, pp. 1289–1302.Yan P., Guo X., Huang S., Dyck J.V., Guo M., Blanpain B. Desulphurisation of Stainless Steel by Using CaO–Al2O3 Based Slags during Secondary Metallurgy // ISIJ International. 2013. Vol. 53. No. 3. P. 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.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 ultralow sulfur steel at PT Krakatau Steel. SEAISI Quarterly. 2004, vol. 33, no. 2, pp. 29–34.Takahashi D., Kamo M., Kurose Y., Nomura H. Deep steel desulfurisation technology in ladle furnace at KSC // Ironmaking and Steelmaking. 2003. Vol. 30. No. 2. P. 116 – 119.Takahashi D., Kamo M., Kurose Y., Nomura H. Deep steel desulfurization technology in ladle furnace. Ironmaking and Steelmaking. 2003, vol. 30, no. 2, pp. 116–119.Hideaki Suito, Ryo Inoue. Dissolution Behavior and Stabilization of Fluorine in Secondary Refining Slags // ISIJ International. 2002. Vol. 42. No. 8. P. 921 – 929.Hideaki Suito, Ryo Inoue. Dissolution behavior and stabilization of fluorine in secondary refining slags. ISIJ International. 2002, vol. 42, no. 8, pp. 921–929.Iwamasa P.K., Fruehan R.J. Formation and behaviour of Mn containing oxysulphide inclusions during desulphurisation, deoxidation and alloying // Metall. Mater. Trans. B. 1997. No. 28. P. 47.Iwamasa P.K., Fruehan R.J. Formation and behavior of Mn containing oxysulphide inclusions during desulphurisation, deoxidation and alloying. Metall. Mater. Trans. B. 1997, no. 28, pp. 47.Hongming W., Tingwang, Hua Z. Effect of B2O3 on Melting Temperature, Viscosity and Desulfurization Capacity of CaO-based Refining Flux // ISIJ International. 2011. Vol. 51. No. 5. pp. 702 – 708.Hongming W., Tingwang, Hua Z. Effect of B2O3 on melting temperature, viscosity and desulfurization capacity of CaO-based refining flux. ISIJ International. 2011, vol. 51, no. 5, pp. 702–708.Gaye H., Lehmann J. Modeling and prediction of reactions involving metals, slags and fluxes. – In: VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts, The South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. P. 619 – 624.Gaye H., Lehmann J. Modeling and prediction of reactions involving metals, slags and fluxes. In: VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts, The South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. pp. 619–624.Ko K.Y., Park J.H. Effect of CaF2 Addition on the Viscosity and Structure of CaO–SiO2–MnO Slags // ISIJ International. 2013. Vol. 53. No. 6. P. 958 – 965.Ko K.Y., Park J.H. Effect of CaF2 addition on the viscosity and structure of CaO–SiO2–MnO slags. ISIJ International. 2013, vol. 53, no. 6, pp. 958–965.Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали. – М.: Металлургия, 1977. – 208 с.Sokolov G.A. Vnepechnoe rafinirovanie stali [Out-of-furnace steel refining]. Moscow: Metallurgiya, 1977, 208 p. (In Russ.).Стариков В.С., Темлянцев М.В., Стариков В.В. Огнеупоры и футеровки в ковшевой металлургии. – М.: МИСИС. 2003. – 328 с.Starikov V.S., Temlyantsev M.V., Starikov V.V. Ogneupory i futerovki v kovshevoi metallurgii [Refractories and linings in ladle metallurgy]. Moscow: MISIS, 2003, 328 p. (In Russ.).Кащеев И.Д. Свойства и применение огнеупоров. Справочное издание. – М.: Теплотехник, 2004. – 352 с.Kashcheev I.D. Svoistva i primenenie ogneuporov. Spravochnoe izdanie [Properties and application of refractories. Reference book]. Moscow: Teplotekhnik, 2004, 352 p. (In Russ.).Хорошавин Л.Б., Перепелицин В.А., Коконов В.А. Магнезиальные огнеупоры. – М.: Интермет Инжиниринг, 2001. – 576 с.Khoroshavin L.B., Perepelitsin V.A., Kokonov V.A. Magnezial’nye ogneupory [Magnesia refractories]. Moscow: Intermet Inzhiniring, 2001, 576 p. (In Russ.).Шюрман Э., Манн Г., Ноле Д. и др. Влияние растворенной MgO на стойкость доломитовой футеровки кислородных конвертеров // Черные металлы. 1985. № 3. С. 33 – 41.Shyurman E., Mann G., Nole D., etc. Effect of dissolved MgO on stability of dolomite lining of oxygen converters. Chernye metally. 1985, no. 3, pp. 33–41. (In Russ.).Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1986. – 463 с.Popel’ S.I., Sotnikov A.I., Boronenkov V.N. Teoriya metallurgicheskikh protsessov [Theory of metallurgical processes]. Moscow: Metallurgiya, 1986, 463 p. (In Russ.).Wamg H., Li G., Dai R. САS-OB refining slag modification with В2О3 – CaO and СаF2 – CаО // Ironmaking and Steelmaking. 2007. Vol. 34. No. 4. P. 350 – 353.Wamg H., Li G., Dai R. САS-OB refining slag modification with В2О3 – CaO and СаF2 – CаО. Ironmaking and Steelmaking. 2007, vol. 34, no. 4, pp. 350–353.Бабенко А.А., Истомин С.А., Протопопов Е.В., Сычев А.В., Рябов В.В. Вязкость шлаков системы CaO–SiO2–Al2O3–MgO–B2O3 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 2. С. 41 – 43.Babenko A.A., Istomin S.A., Protopopov E.V., Sychev A.V., Ryabov V.V. Viscosity of СaО – SiO2 – Al2O3 – MgO – B2O3 slag system. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014, vol. 57, no. 2, pp. 41–43. (In Russ.).Ким В.А., Николай Э.И., Акбердин А.А., Куликов И.С. Планирование эксперимента при исследовании физико-химических свойств металлургических шлаков. Методическое пособие. – 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 an experiment in study of physicochemical properties of metallurgical slags. Manual]. Alma-Ata: Nauka, 1989, 116 p. (In Russ.).Бабенко А.А., Жучков В.И., Смирнов Л.А. и др. Использование метода симплексных решеток для построения диаграмм состав – вязкость шлаков системы CaO – SiO2 – Al2O3 – MgO– B2O3 // Бутлеровские сообщения. 2016. Т. 48. № 11. С. 40 – 44.Babenko A.A., Zhuchkov V.I., Smirnov L.A., etc. Application of the method of simplex lattices to construct composition-viscosity diagrams of slags of CaO – SiO2 – Al2O3 – MgO – B2O3 system. Butlerovskie soobshcheniya. 2016, vol. 48, no. 11, pp. 40–44. (In Russ.).

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