<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">blackmet</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Izvestiya. Ferrous Metallurgy</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">0368-0797</issn><issn pub-type="epub">2410-2091</issn><publisher><publisher-name>National University of Science and Technology "MISIS"</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17073/0368-0797-2021-11-825-831</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">blackmet-2206</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>METALLURGICAL TECHNOLOGIES</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Термодинамическое моделирование процессов восстановления железа</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Thermodynamic modeling of iron recovery processes</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-1679-0839</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Рыбенко</surname><given-names>И. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Rybenko</surname><given-names>I. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Рыбенко Инна Анатольевна - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладных информационных технологий и программирования.</p><p>654007, Кемеровская обл. - Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Inna A. Rybenko - Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Chair of Applied Information Technologies and Programming, Siberian State Industrial University.</p><p>42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region - Kuzbass 654007.</p></bio><email xlink:type="simple">rybenkoi@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-7554-2168</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Протопопов</surname><given-names>Е. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Protopopov</surname><given-names>E. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Протопопов Евгений Валентинович – доктор технических наук, профессор кафедры металлургии черных металлов.</p><p>654007, Кемеровская обл. - Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Evgenii V. Protopopov - Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Ferrous Metallurgy, Siberian State Industrial University.</p><p>42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region - Kuzbass 654007.</p></bio><email xlink:type="simple">protopopov@sibsiu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Сибирский государственный индустриальный университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Siberian State Industrial University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2021</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>10</day><month>12</month><year>2021</year></pub-date><volume>64</volume><issue>11</issue><fpage>825</fpage><lpage>831</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Рыбенко И.А., Протопопов Е.В., 2021</copyright-statement><copyright-year>2021</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Рыбенко И.А., Протопопов Е.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Rybenko I.A., Protopopov E.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2206">https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2206</self-uri><abstract><p>Одним из перспективных направлений в металлургии является использование железосодержащих отходов, таких как шламы конвертерного производства, железосодержащие концентраты, прокатная окалина, отходы обогащения железных руд и другие. Разработка новых ресурсосберегающих технологий с использованием таких отходов требует предварительных исследований и накопления информации в области теории восстановления железа. В работе рассматриваются процессы восстановления железа из оксидов при различных условиях. Используется метод термодинамического моделирования, основанный на поиске максимума энтропии. Инструментом термодинамического моделирования является программный комплекс «Терра», созданный в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана. Комплекс «Терра» предназначен для расчета термодинамических свойств и состава фаз равновесного состояния произвольных систем с химическими и фазовыми превращениями. С использованием этого программного комплекса проведены исследования процессов восстановления железа различными восстановителями (углеродом, марганцем и кремнием) в модельных термодинамических системах, определены оптимальные условия по температуре и расходам восстановителей. В работе представлены результаты исследования процессов в системе металл - шлак, находящейся в равновесии. Проведен анализ равновесного состояния системы металл - шлак в диапазоне температур 1773 - 1973 К при различном количестве шлака. Определены границы областей протекания окислительно-восстановительных процессов и выполнена оценка влияния компонентов металла на условия восстановления оксидов железа из шлака в металл. Получены зависимости равновесного состава системы от температуры при различных соотношениях металла и шлака и определены оптимальные условия восстановления железа.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>One of the promising directions in metallurgy is the use of iron-containing waste, such as converter production sludge, iron-containing concentrates, rolling scale, iron ore processing waste and others. Development of new resource-saving technologies using such waste requires preliminary research and accumulation of information in the field of iron recovery. The paper considers the processes of iron recovery from oxides under various conditions. The authors used the method of thermodynamic modeling based on the search for the entropy maximum. The thermodynamic modeling tool was TERRA software package created at the Bauman Moscow State Technical University. TERRA complex is designed to calculate the thermodynamic properties and composition of the phases of equilibrium state of arbitrary systems with chemical and phase transformations. Using this software package, studies of the processes of iron recovery by various reducing agents (carbon, manganese, and silicon) in model thermodynamic systems were carried out, and optimal conditions for temperature and consumption of reducing agents were determined. The paper presents the results of a study of processes in the metal-slag system in equilibrium. The analysis of the metal-slag system equilibrium state was carried out for the temperature range of 1773 - 1973 K with different amounts of slag. Boundaries of the areas of redox processes were determined and the influence of metal components on conditions for iron oxides recovery from slag to metal was evaluated. The dependences of the system equilibrium composition on temperature at different ratios of metal and slag were obtained, as well as the optimal conditions for iron recovery.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>термодинамическое моделирование</kwd><kwd>инструментальная система</kwd><kwd>восстановление железа</kwd><kwd>система металл - шлак</kwd><kwd>термодинамическое равновесие</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>thermodynamic modeling</kwd><kwd>instrumental system</kwd><kwd>iron recovery</kwd><kwd>metal - slag system</kwd><kwd>thermodynamic equilibrium</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Люнген Х.Б., Кноп К., Стеффен Р. Современное состояние процессов прямого и жидкофазного восстановления железа // Черные металлы. 2007. № 2. С. 13-25.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Люнген Х.Б., Кноп К., Стеффен Р. Современное состояние процессов прямого и жидкофазного восстановления железа // Черные металлы. 2007. № 2. С. 13-25.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Юсфин Ю.С., Гиммельфарб А.А., Пашков Н.Ф. Новые процессы получения металла. М.: Металлургия, 1994. 320 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Юсфин Ю.С., Гиммельфарб А.А., Пашков Н.Ф. Новые процессы получения металла. М.: Металлургия, 1994. 320 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Цымбал В.П., Мочалов С.П. Создание новых металлургических процессов и принципов управления на основе синергетического подхода // Известия вузов. Черная металлургия. 2012. № 2. С. 64-68.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Цымбал В.П., Мочалов С.П. Создание новых металлургических процессов и принципов управления на основе синергетического подхода // Известия вузов. Черная металлургия. 2012. № 2. С. 64-68.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Дмитриенко В.И., Прошунин И.Е., Голодова М.А. Особенности применения природных и техногенных материалов для легирования и модифицирования стали // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 8. С. 944-955. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-8-944-954</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Дмитриенко В.И., Прошунин И.Е., Голодова М.А. Особенности применения природных и техногенных материалов для легирования и модифицирования стали // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 8. С. 944-955. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-8-944-954</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Роменец В.А. Процесс Ромелт. М.: МИСИС, ИД «Руда и Металлы», 2005. 400 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Роменец В.А. Процесс Ромелт. М.: МИСИС, ИД «Руда и Металлы», 2005. 400 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кожухов А.А. Энергосберегающие технологии выплавки стали на основе вспенивания сталеплавильных шлаков. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011. 357 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Кожухов А.А. Энергосберегающие технологии выплавки стали на основе вспенивания сталеплавильных шлаков. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011. 357 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Цымбал В.П., Протопопов Е.В., Рыбенко И.А., Олеников А.А., Кожемяченко В.И., Сеченов П.А. Экологически замкнутая энергометаллургическая технология переработки пылевидных железорудных и угольных отходов обогащения // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 4. С. 507-513. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-4-507-513</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Цымбал В.П., Протопопов Е.В., Рыбенко И.А., Олеников А.А., Кожемяченко В.И., Сеченов П.А. Экологически замкнутая энергометаллургическая технология переработки пылевидных железорудных и угольных отходов обогащения // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 4. С. 507-513. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-4-507-513</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sakthivel R., Vasumathi N., Sahu D., Mishra B.K. Synthesis of magnetite powder from iron ore tailings // Powder Technology. 2010. Vol. 201. No. 2. Р. 187-190. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2010.03.005</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sakthivel R., Vasumathi N., Sahu D., Mishra B.K. Synthesis of magnetite powder from iron ore tailings // Powder Technology. 2010. Vol. 201. No. 2. Р. 187-190. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2010.03.005</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Jiabin C., Wenlong J., Lianghui Y. Survey and evaluation of the iron tailings resources in China // Mineral Resources Development. 2010. No. 3. Р. 60-62.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Jiabin C., Wenlong J., Lianghui Y. Survey and evaluation of the iron tailings resources in China // Mineral Resources Development. 2010. No. 3. Р. 60-62.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bates P., Muir A. HIsmelt - low cost iron making. In: Int. Conf. «Commercializing New Hot Metal Processes beyond the Blast Furnace», 2000, June 5-7. Atlanta, Georgia, USA. 2000. Р. 1-12.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bates P., Muir A. HIsmelt - low cost iron making. In: Int. Conf. «Commercializing New Hot Metal Processes beyond the Blast Furnace», 2000, June 5-7. Atlanta, Georgia, USA. 2000. Р. 1-12.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Khodosov I.E. Manufacturing and application of metalized ore-coal pellets in synthetic pig iron smelting // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 142. Article 12068. https://doi.org/10.1088/1757-899X/142/1/012068</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Khodosov I.E. Manufacturing and application of metalized ore-coal pellets in synthetic pig iron smelting // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 142. Article 12068. https://doi.org/10.1088/1757-899X/142/1/012068</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Inada Y. Improvements in the MIDREX® direct reduction process // R&amp;D Kobe Steel Engineering Reports. 2000. Vol. 50. No. 3. P. 86-89.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Inada Y. Improvements in the MIDREX® direct reduction process // R&amp;D Kobe Steel Engineering Reports. 2000. Vol. 50. No. 3. P. 86-89.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Mouer A., etc. Direct from MIDREX, 2nd Quarter. 2009. P. 3-9.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mouer A., etc. Direct from MIDREX, 2nd Quarter. 2009. P. 3-9.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kempken J., Kleinschmidt G., Schmale K., Thiedemann U., Gaines H.P., Kopfle J.T. Short route - long-term success, integrated mini-mill solutions by Midrex and SMS Demag // Archives of Metallurgy and Materials. 2008. Vol. 53. No. 2. P. 331-336.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kempken J., Kleinschmidt G., Schmale K., Thiedemann U., Gaines H.P., Kopfle J.T. Short route - long-term success, integrated mini-mill solutions by Midrex and SMS Demag // Archives of Metallurgy and Materials. 2008. Vol. 53. No. 2. P. 331-336.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ватолин Н.А., Трусов Б.Г., Моисеев Г.К. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. М.: Металлургия, 1994. 352 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ватолин Н.А., Трусов Б.Г., Моисеев Г.К. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. М.: Металлургия, 1994. 352 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. М.: изд. МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2013. 96 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. М.: изд. МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2013. 96 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Трусов Б.Г. Программная система ТЕРРА для моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах. В кн.: III межд. симпозиум «Горение и плазмохимия». 24-26 августа 2005. Алматы, Казахстан. Алматы: Казак университету 2005. С. 52-57.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Трусов Б.Г. Программная система ТЕРРА для моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах. В кн.: III межд. симпозиум «Горение и плазмохимия». 24-26 августа 2005. Алматы, Казахстан. Алматы: Казак университету 2005. С. 52-57.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Golodova M.A., Rozhihina I.D., Nakhrina O.I., Rybenko I.A. Thermodynamic modeling of restoring items converter vanadium slag // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. Article 012016. https://doi.org/10.1088/1757-899X/150/1/012016</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Golodova M.A., Rozhihina I.D., Nakhrina O.I., Rybenko I.A. Thermodynamic modeling of restoring items converter vanadium slag // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. Article 012016. https://doi.org/10.1088/1757-899X/150/1/012016</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рыбенко И.А., Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Голодова М.А., Цымбал В.П. Разработка ресурсосберегающих технологий прямого легирования стали на основе методов термодинамического моделирования процессов восстановления металлов в элементарных системах // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 2. С. 91-98. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-2-91-98</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Рыбенко И.А., Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Голодова М.А., Цымбал В.П. Разработка ресурсосберегающих технологий прямого легирования стали на основе методов термодинамического моделирования процессов восстановления металлов в элементарных системах // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 2. С. 91-98. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-2-91-98</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А., Ходосов И.Е. Разработка основ энергоэффективных процессов металлизации с использованием термодинамического моделирования // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 4. С. 237-244. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-4-237-244</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А., Ходосов И.Е. Разработка основ энергоэффективных процессов металлизации с использованием термодинамического моделирования // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 4. С. 237-244. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-4-237-244</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
