blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-8-557-560blackmet-706Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ СТАЛИ КОНВЕРТЕРНЫМ ВАНАДИЕВЫМ ШЛАКОМ ПРИ ПРОДУВКЕ АЗОТОМCOMPLEX TREATMENT OF STEEL AT LADLE-FURNACE INSTALLATION BY CONVERTER VANADIUM STAG AT NITROGEN BLOWINGНохринаО. И.NokhrinaO. I.

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой металлургии черных металлов, заместитель директора института металлургии 

654007, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair of Ferrous Metallurgy, Deputy Director of the Metallurgical Institute

42, Kirova str., Novokuznetsk, Kemerovo Region, 654007, Russia

kafamsf@sibsiu.ruРожихинаИ. Д.RozhikhinaI. D.

д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов

654007, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Ferrous Metallurgy

42, Kirova str., Novokuznetsk, Kemerovo Region, 654007, Russia

ДмитриенкоВ. И.DmitrienkoV. I.

к.т.н., доцент кафедры металлургии черных металлов

654007, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Ferrous Metallurgy

42, Kirova str., Novokuznetsk, Kemerovo Region, 654007, Russia

ГолодоваМ. А.GolodovaM. A.

к.т.н., доцент кафедры технической механики и грaфики

654007, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Technical Mechanics and Graphics”

42, Kirova str., Novokuznetsk, Kemerovo Region, 654007, Russia

ОсиповаЮ. А.OsipovaYu. A.

аспирант кафедры металлургии черных металлов

654007, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Postgraduate of the Chair of Ferrous Metallurgy

42, Kirova str., Novokuznetsk, Kemerovo Region, 654007, Russia

Сибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation201504102015588557560Copyright © Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Дмитриенко В.И., Голодова М.А., Осипова Ю.А., 20152015Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Дмитриенко В.И., Голодова М.А., Осипова Ю.А.Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Dmitrienko V.I., Golodova M.A., Osipova Y.A.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/706

Аннотация. Рассмотрены вопросы углеродосиликотермического восстановления ванадия из его пентаоксида, содержащегося в конвертерном ванадиевом шлаке, при обработке им стали на агрегате печь-ковш. Приведены физико-химическая модель процесса и результаты термодинамического моделирования, которые позволили определить оптимальные расходы шлака и восстановителей для практически полного восстановления ванадия из ванадиевого конвертерного шлака. Одновременная продувка стали газообразным азотом в процессе ее легирования ванадием приводит к более полному извлечению этого элемента и получению упрочняющих фаз – карбидов и карбонитридов ванадия. Азот, растворенный в металле, взаимодействует на наноуровне с восстановленным ванадием, его карбидом, образуя нитриды и карбонитриды ванадия.

Abstract. The paper considers some points of carbon-silicon thermal reduction of elements from oxides containing in converter vanadium stag while steel processing at the ladle-furnace installation. The authors described the physical-and-chemical model of the process and results of thermodynamic simulation which allowed determining the optimal consumption of slag and restorers for complete restoration of vanadium from converter vanadium slag. Simultaneous steel blowing by gaseous nitrogen at steel alloying by vanadium results in complete vanadium extraction and obtainment of a consolidating phase-carbides and carbonitrides of vanadium. Nitrogen, dissolved in metal, interacts with restored vanadium, carbide of vanadium on the nanolevel forming nitrides and carbonitrides of vanadium.

углеродосиликотермическое восстановлениеконвертерный ванадиевый шлакфизико-химическая модельтермодинамическое моделированиекарбонитрид ванадияазотcorbon-silicon thermal reductionconverter vanadium stagphysical-and-chemical modelthermo-dynamic simulationcarbo nitrides of vanadiumnitrogenReferencesРоль ванадия в микролегированных сталях / Р. Лангеборг, Т. Сивецки, С. Заяц, Б. Хатчинсон; под ред. Л.А. Смирнова. – Екатеринбург: изд. Государственного научного центра РФ «Уральский институт металлов», 2001. – 108 с. Langeborg R., Siwecki T., Zajac S., and Hutchinson B. The role of vanadium in microalloyed steels. Scand. J. Metallurg., 28(5), 1999, pp. 186–241.Роль ванадия в микролегированных сталях / Р. Лангеборг, Т. Сивецки, С. Заяц, Б. Хатчинсон; под ред. Л.А. Смирнова. – Екатеринбург: изд. Государственного научного центра РФ «Уральский институт металлов», 2001. – 108 с. Langeborg R., Siwecki T., Zajac S., and Hutchinson B. The role of vanadium in microalloyed steels. Scand. J. Metallurg., 28(5), 1999, pp. 186–241.Заяц С. Выделение упрочняющих фаз в микролегированных ванадием сталях: роль азота и углерода // Проблемы производства и применения стали с ванадием. Материалы Международного научно-технического семинара. – Екатеринбург: изд. УрО РАН, 2007. С. 80 – 95. Zajac S. Precipitation of strengthening phases in steels microalloyed with vanadium: role of nitrogen and carbon. In: Problemy proizvodstva i primeneniya stali s vanadiem. Materialy Mezhdunarodnogo nauchno-tekhnicheskogo seminara. (Ekaterinburg, 26-27 sentyabrya 2007g.) [Problems of production and use of steel with vanadium. Proceedings of the International Scientifi c and Technical Seminar (Ekaterinburg, September 26–27, 2007)]. Ekaterinburg: izd. UrO RAN, 2007, pp. 80–95. (In Russ.).Заяц С. Выделение упрочняющих фаз в микролегированных ванадием сталях: роль азота и углерода // Проблемы производства и применения стали с ванадием. Материалы Международного научно-технического семинара. – Екатеринбург: изд. УрО РАН, 2007. С. 80 – 95. Zajac S. Precipitation of strengthening phases in steels microalloyed with vanadium: role of nitrogen and carbon. In: Problemy proizvodstva i primeneniya stali s vanadiem. Materialy Mezhdunarodnogo nauchno-tekhnicheskogo seminara. (Ekaterinburg, 26-27 sentyabrya 2007g.) [Problems of production and use of steel with vanadium. Proceedings of the International Scientifi c and Technical Seminar (Ekaterinburg, September 26–27, 2007)]. Ekaterinburg: izd. UrO RAN, 2007, pp. 80–95. (In Russ.).Дерябин А.А., Козырев Н.А., Могильный В.В. и др. Эффективность использования ванадийсодержащих конвертерных шлаков для прямого легирования рельсовой стали ванадием в ковше // Сталь. 1998. № 2. С. 19 – 21. Deryabin A.A., Kozyrev N.A., Mogil’nyi V.V. Obsharov M.V., Katunin A.I. Effi ciency of using V-containing converter slags for direct microalloying of rail steel in electric furnaces. Stal’. 1998, no. 2, pp. 19–21. (In Russ.).Дерябин А.А., Козырев Н.А., Могильный В.В. и др. Эффективность использования ванадийсодержащих конвертерных шлаков для прямого легирования рельсовой стали ванадием в ковше // Сталь. 1998. № 2. С. 19 – 21. Deryabin A.A., Kozyrev N.A., Mogil’nyi V.V. Obsharov M.V., Katunin A.I. Effi ciency of using V-containing converter slags for direct microalloying of rail steel in electric furnaces. Stal’. 1998, no. 2, pp. 19–21. (In Russ.).Ровнушкин В.А., Смирнов Л.А. Легирование стали промежуточными продуктами ванадиевого передела // Проблемы производства и применения стали с ванадием. Материалы Международного семинара. – Екатеринбург: изд. УрО РАН, 2007. С. 95 – 121. Rovnushkin V.A., Smirnov L.A. Steel alloying with intermediate products of a vanadic processing. In: Problemy proizvodstva i primeneniya stali s vanadiem. Materialy Mezhdunarodnogo nauchno-tekhnicheskogo seminara. (Ekaterinburg, 26-27 sentyabrya 2007g.) [Problems of production and use of steel with vanadium. Proceedings of the International Scientifi c and Technical Seminar (Ekaterinburg, September 26-27, 2007)]. Ekaterinburg: izd. UrO RAN, 2007, pp. 95–121. (In Russ.).Ровнушкин В.А., Смирнов Л.А. Легирование стали промежуточными продуктами ванадиевого передела // Проблемы производства и применения стали с ванадием. Материалы Международного семинара. – Екатеринбург: изд. УрО РАН, 2007. С. 95 – 121. Rovnushkin V.A., Smirnov L.A. Steel alloying with intermediate products of a vanadic processing. In: Problemy proizvodstva i primeneniya stali s vanadiem. Materialy Mezhdunarodnogo nauchno-tekhnicheskogo seminara. (Ekaterinburg, 26-27 sentyabrya 2007g.) [Problems of production and use of steel with vanadium. Proceedings of the International Scientifi c and Technical Seminar (Ekaterinburg, September 26-27, 2007)]. Ekaterinburg: izd. UrO RAN, 2007, pp. 95–121. (In Russ.).Соловьев М.А., Толстогузов Н.В. Разработка брикетов для полупрямого легирования стали ванадием // Изв. вуз. Черная металлургия. 1996. № 2. С. 8 – 12. Solov’ev M.A., Tolstoguzov N.V. Development of briquettes for semi-direct steel alloying by vanadium. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1996, no. 2, pp. 8–12. (In Russ.).Соловьев М.А., Толстогузов Н.В. Разработка брикетов для полупрямого легирования стали ванадием // Изв. вуз. Черная металлургия. 1996. № 2. С. 8 – 12. Solov’ev M.A., Tolstoguzov N.V. Development of briquettes for semi-direct steel alloying by vanadium. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1996, no. 2, pp. 8–12. (In Russ.).Дмитриенко В.И., Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А. Термодинамическая оценка возможности легирования стали при обработке ее ванадийсодержащим шлаком // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 10. С. 17 – 20. Dmitrienko V.I., Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Rybenko I.A. Thermodynamic assessment of steel alloying possibility at its processing with vanadium-containing slag. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2010, no. 10, pp. 17–20. (In Russ.).Дмитриенко В.И., Нохрина О.И., Рожихина И.Д., Рыбенко И.А. Термодинамическая оценка возможности легирования стали при обработке ее ванадийсодержащим шлаком // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 10. С. 17 – 20. Dmitrienko V.I., Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Rybenko I.A. Thermodynamic assessment of steel alloying possibility at its processing with vanadium-containing slag. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2010, no. 10, pp. 17–20. (In Russ.).Голодова М.А., Дмитриенко В.И., Рожихина И.Д. и др. Исследование условий процесса восстановления ванадия и железа из конвертерного ванадиевого шлака // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. № 4. С. 3 – 5. Golodova M.A., Dmitrienko V.I., Rozhikhina I.D., Nokhrina O.I., Rybenko I.A. Study of process conditions for vanadium and iron reduction from vanadium converter slag. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2011, no. 4, pp. 3–5. (In Russ.).Голодова М.А., Дмитриенко В.И., Рожихина И.Д. и др. Исследование условий процесса восстановления ванадия и железа из конвертерного ванадиевого шлака // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. № 4. С. 3 – 5. Golodova M.A., Dmitrienko V.I., Rozhikhina I.D., Nokhrina O.I., Rybenko I.A. Study of process conditions for vanadium and iron reduction from vanadium converter slag. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2011, no. 4, pp. 3–5. (In Russ.).Ровнушкин В.А. Технологические особенности ковшевого легирования сталей с применением ванадиевого шлака. Труды второго конгресса сталеплавильщиков. – М.: изд. МИСиС, 1994. С. 250 – 251. Rovnushkin V.A. Technological peculiarities of ladle steel alloying using vanadic slag. In: Trudy vtorogo kongressa staleplavil’shchikov [Proceedings of the Second Congress of Steelmakers]. Moscow: izd. MISiS, 1994, pp. 250–251. (In Russ.).Ровнушкин В.А. Технологические особенности ковшевого легирования сталей с применением ванадиевого шлака. Труды второго конгресса сталеплавильщиков. – М.: изд. МИСиС, 1994. С. 250 – 251. Rovnushkin V.A. Technological peculiarities of ladle steel alloying using vanadic slag. In: Trudy vtorogo kongressa staleplavil’shchikov [Proceedings of the Second Congress of Steelmakers]. Moscow: izd. MISiS, 1994, pp. 250–251. (In Russ.).Смирнов Л.А., Шантарин В.Д., Щекалев Ю.С. Исследование процессов восстановления конверторных ванадиевых шлаков углеродом расплавов Fe – Cнас // Изв. АН СССР. Металлы. 1970. № 3. С. 42 – 48. Smirnov L.A., Shantarin V.D., Shchekalev Yu.S. Research of the reduction conditions of converter vanadic slag with carbon of Fe – C melts. Izvestiya AN SSSR. Metally. 1970, no. 3, pp. 42–48. (In Russ.).Смирнов Л.А., Шантарин В.Д., Щекалев Ю.С. Исследование процессов восстановления конверторных ванадиевых шлаков углеродом расплавов Fe – Cнас // Изв. АН СССР. Металлы. 1970. № 3. С. 42 – 48. Smirnov L.A., Shantarin V.D., Shchekalev Yu.S. Research of the reduction conditions of converter vanadic slag with carbon of Fe – C melts. Izvestiya AN SSSR. Metally. 1970, no. 3, pp. 42–48. (In Russ.).Гизатулин Р.А., Нохрина О.И., Козырев Н.А. Микролегирование стали азотом при продувке в ковше через донные и погружаемые фурмы // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 6. С. 30 – 33. Gizatulin R.A., Nokhrina O.I., Kozyrev N.A. Nitrogen microalloying of steel with injection in the ladle through bottom tuyeres and submersible tuyeres. Steel in Translation. 2010, vol. 40, no. 6, pp. 522–525. (In Russ.).Гизатулин Р.А., Нохрина О.И., Козырев Н.А. Микролегирование стали азотом при продувке в ковше через донные и погружаемые фурмы // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 6. С. 30 – 33. Gizatulin R.A., Nokhrina O.I., Kozyrev N.A. Nitrogen microalloying of steel with injection in the ladle through bottom tuyeres and submersible tuyeres. Steel in Translation. 2010, vol. 40, no. 6, pp. 522–525. (In Russ.).

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