blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-9-639-643blackmet-919Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSESФОРМИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗЫ ПРИ БАРБОТАЖЕ ГАЗОМ-ВОССТАНОВИТЕЛЕМ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ОКСИДНОГО РАСПЛАВА Сообщение 1. Теоретические основы процессаMETALLIC PHASE FORMING IN BARBOTAGE OF MULTICOMPONENT OXIDE MELT BY REDUCTION GAS Report 1. theoretical basis of the processВусихисА. С.VusikhisA. S.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник

vas58@mail.ruЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

Академик РАН, советник, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

leo@imet.mplik.ruЧенцовВ. П.ChentsovV. P.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник �рудник

vpc44@mail.ruКудиновД. З.KudinovD. Z.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник

d.kudinov@mail.ruСеливановЕ. Н.SelivanovE. N.

Доктор технических наук, зав. лабораторией пирометаллургии цветных металлов

pcmlab@mail.ruИнститут металлургии УрО РАН, ЕкатеринбургРоссияInstitute of Metallurgy, UB RAS, EkaterinburgRussian FederationПрезидиум РАН; Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», МоскваРоссияScientifi c Council on Metallurgy and Metal Science of Russian Acade my of Sciences (Department of Chemistry and Material Sciences); Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS; National University of Science and Technology “MISIS”, MoscowRussian FederationИнститут металлургии УрО, ЕкатеринбургРоссияInstitute of Metallurgy, UB RAS, EkaterinburgRussian Federation201615102016599639643Copyright © Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Ченцов В.П., Кудинов Д.З., Селиванов Е.Н., 20162016Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Ченцов В.П., Кудинов Д.З., Селиванов Е.Н.Vusikhis A.S., Leont’ev L.I., Chentsov V.P., Kudinov D.Z., Selivanov E.N.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/919

Предложена модель формирования металлической фазы в ходе барботажа оксидного расплава газом-восстановителем. Она содержит следующие стадии: образование пузырей при вдувании газа в расплав; восстановление металла на поверхности пузырей и концентрация его в виде капель в кормовой части; движение системы «газовый пузырь – капля металла», направление которого определяется соотношением сил, обеспечивающих всплывание пузыря и опускание капли; вынос капель на поверхность; их коаллесценция и оседание после достижения размеров, обеспечивающих превышение силы тяжести над суммой сил гидростатического выталкивания и поверхностного натяжения. Представлены уравнения, позволяющие оценить размеры пузыря газа и капли, движущихся в оксидном расплаве без дробления, направление движения системы «газовый пузырь – капля металла», скорости ее всплывания и осаждения и условия разделения. Определены факторы, влияющие на процессы расслаивания – это поверхностные свойства оксидного и металлического расплавов и их межфазные характеристики. Изменением этих параметров можно влиять на процессы формирования металлической донной фазы.

Metallic phase formation model in the barbotage process of oxide melt by gas-reducing is considered. The model includes following stages: bubbles formation during gas injection into the melt, redu cing of the metal on the bubble surface and its drops concentration on bubble stern and this system “gas bubble – metal drop” movement. The direc tion of this movement was determined by the balance of forces that provide bubble fl oating and metal drop sinking, drops ejection onto the surface, its coalescence and sinking after reaching sizes that provide excess over the sum of the gravity force and the hydrostatic ejection surface tension. The equations related to estimation of the sizes of gas bubble and metal drops moving in the oxide melt without fragmentation, direction of the “gas bubble – metal drop” system movement, the rate of its fl oating and sedimentation and separation conditions. The factors that aff ect stratifi cation processes were determined – that are surface properties of the oxide and metal melts and their interfacial characteristics. These parameters variation controls the formation processes of metal bottom phase.

металлическая фазаоксидный расплавгаз-восстановительбарботажгазовый пузырькапля металлаповерхностные свойствамежфазное натяжениерасслаиваниекоагуляцияmetallic phaseoxide meltreduction gasbubbling processgas bubblemetal dropsurface propertiesinterfacial tensionliquationcoagulationReferencesГрань Н.И., Онищин Б.П., Майзель Е.И. Электроплавка окисленных никелевых руд. – М.: Металлургия, 1971. – 248 с.Gran’ N.I., Onishchin B.P., Maizel’ E.I. Elektroplavka okislennykh nikelevykh rud [Electric smelting of oxidized nickel ores]. Moscow: Metallurgiya, 1971, 248 p. (In Russ.).Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Монография в 3-х томах. Т. 2. – М.: ООО «Наука и Технология», 2001. – 468 с.Reznik I.D., Ermakov G.P., Shneerson Ya.M. Nikel’: Monografi ya v 3 tomakh. [Nickel: Monograph in 3 vols.]. Vol. 2. Moscow: OOO “Nauka i Tekhnologiya”, 2001, 468 p. (In Russ.).Цымбулов Л. Б. Князев М. В., Цемехман Л.Ш. и др. Анализ различных вариантов технологической схемы переработки окисленных никелевых руд на ферроникель с применением двухзонной печи Ванюкова / Цветные металлы. 2010. № 10. С. 15 – 21.Tsymbulov L.B. Knyazev M.V., Tsemekhman L.Sh., Kudabaev E.A., Golovlev Yu.I. The analysis of diff erent variants of the technological scheme of processing of oxidized nickel ores to ferronickel using a two-zone Vanyukov furnace. Tsvetnye metally. 2010, no. 10, pp. 15–21. (In Russ.).Процесс Ромелт / Под ред. В. А. Роменца. – М.: Руда и металлы, 2005. – 399 с.Protsess Romelt [Romelt process]. Romenets V.A. ed. Moscow: Ruda i metally, 2005, 399 p. (In Russ.).Кормилицын С. П., Цемехман Л.Ш., Афанасьев С.Г. Рафинирование и обогащение ферроникеля. – М.: Металлургия. 1976. – 240 с.Kormilitsyn S.P., Tsemekhman L.Sh, Afanas’ev S.G. Rafi nirovanie i obogashchenie ferronikelya [Refi ning and processing of ferronickel]. Moscow: Metallurgiya, 1976, 240 p. (In Russ.).Vusikhis A.S., Dmitriev A.N., Kudinov D.Z., Leontiev L.I. The study of liquid and gas phases interaction during the reduction of metal oxides from the melts by gas reductant in bubbled layer // The Third International Conference on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Materials Technologies (MMT-2004), Ariel, Israel. 2004.Vusikhis A.S., Dmitriev A.N., Kudinov D.Z., Leontiev L.I. The study of liquid and gas phases interaction during the reduction of metal oxides from the melts by gas reductant in bubbled layer. The Third International Conference on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Materials Technologies (MMT-2004), Ariel, Israel. 2004.Vusikhis A.S., Dmitriev A.N., Kudinov D.Z., Leontiev L.I. Teo retical base and method of studying of liquid and gas phases inte raction during the reduction of metal oxides from the melts by gas in bubbled layer // The optimization of composition, structure and properties of metals, oxides, composites, nano- and amorphous materials. Proceeding of the Fourth Israeli-Russian bi-national Workshop 2005. Jerusalem-Tel Aviv, 2005. P. 276 – 283.Vusikhis A.S., Dmitriev A.N., Kudinov D.Z., Leontiev L.I. Teoretical base and method of studying of liquid and gas phases interaction during the reduction of metal oxides from the melts by gas in bubbled layer. The optimization of composition, structure and properties of metals, oxides, composites, nano- and amorphous materials. Proceeding of the Fourth Israeli-Russian bi-national Workshop 2005. Jerusalem–Tel Aviv, 2005, pp. 276–283.Dmitriev A., Leontiev L., Vusikhis A., Kudinov D. Liquid and gas inter action during reduction in bubbled layer // Proceeding European Metallurgical Conference Emc2005, 18 to 21 September 2005 Dresden, Germany. Vol. 3. Р. 1349 – 1358.Dmitriev A., Leontiev L, Vusikhis A., Kudinov D. Liquid and gas interactio during reduction in bubbled layer. Proceeding European Metallurgical Conference Emc2005, 18 to 21 September 2005 Dresden, Germany, vol. 3, pp. 1349–1358.Dmitriev A.N., Vusikhis A.S., Sitnikov V.A. etc. Thermodynamic modeling of iron oxide reduction by hydrogen from the B2O3 – CaO – FeO melt in bubbled layer // Israel Journal of Chemistry. 2007. Vol. 47. No. 3 – 4. P. 299 – 302.Dmitriev A.N., Vusikhis A.S., Sitnikov V.A., Leontiev L.I., Kudinov D.Z. Thermodynamic modeling of iron oxide reduction by hydrogen from the B2O3 – CaO – FeO melt in bubbled layer. Israel Journal of Chemistry. 2007, vol. 47, no. 3–4, pp. 299–302.Вусихис А.С., Кудинов Д.З., Леонтьев Л.И. Моделирование кинетики совместного восстановления железа и никеля из многокомпонентного оксидного расплава водородом в барботируемом слое // Журнал физической химии. 2008. Т. 82. № 11. С. 2030 – 2034.Vusikhis A.S., Kudinov D.Z., Leont’ev L.I. A kinetic model of the joint reduction of iron and nickel from a multicomponent oxide melt with hydrogen in a bubbling layer. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2008, vol. 82, no. 11, pp. 1819–1823.Леонтьев Л.И., Ватолин Н.А., Шаврин С.В., Шумаков Н.С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. – М.: Металлургия, 1997. – 432 с.Leont’ev L.I., Vatolin N.A., Shavrin S.V., Shumakov N.S Pirometallurgicheskaya pererabotka kompleksnykh rud [Pyrometallurgical processing of complex ores]. Moscow: Metallurgiya, 1997, 432 p. (In Russ.).Быстров С.В., Кошель Д.Я. Восстановление оксидов никеля и железа из оксидного шлакового расплава. – М.: Изд-во ПКЦ «Альтекс», 2005. – 39 с.Bystrov S.V., Koshel’ D.Ya. Vosstanovlenie oksidov nikelya i zheleza iz oksidnogo shlakovogo rasplava [Recovery of nickel and iron oxides from the oxide slag melt]. Moscow: Izdatel’stvo PKTs “Al’teks”, 2005, 39 p. (In Russ.).Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. – М.: Гос. издво физ.-мат. литературы, 1959. – 699 с.Levich V.G. Fiziko-khimicheskaya gidrodinamika [Physical and chemical hydrodynamics]. Moscow: Gos. Izd-vo fi z.-mat. literatury, 1959, 699 p. (In Russ.).Ефименко С.П., Мачикин В.И., Лифенко Н.Т. Внепечное рафинирование металла в газлифтах. – М.: Металлургия, 1986. – 264 с.Efi menko S.P., Machikin V.I., Lifenko N.T. Vnepechnoe rafi ni rova nie metalla v gazliftakh [Secondary metal refi ning in gas lifts]. Moscow: Metallurgiya, 1986, 264 p. (In Russ.).Рафинирование стали инертным газом / К.П. Баканов, И.П. Бармотин, Н.Н. Власов и др. – М.: Металлургия, 1975. – 232 с.Bakanov K.P., Barmotin I.P., Vlasov N.N. etc. Rafi nirovanie stali inertnym gazom [Refi ning of steel with inert gas]. Moscow: Metallurgiya, 1975, 232 p. (In Russ.).Плавка в жидкой ванне / А.В. Ванюков, В.П. Быстров, А.Д. Васкевич и др. – М.: Металлургия, 1988. – 208 с.Vanyukov A.V., Bystrov V.P., Vaskevich A.D. etc. Plavka v zhidkoi vanne [Melting in liquid bath]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 208 p. (In Russ.).Бердников В.И., Гудим Ю.А., Картелева М.И. ОбобщеннаяBerdnikov V.I., Gudim Yu.A., Karteleva M.I. Generalized formula for calculation of the velocity of solid particles, bubbles and drops in liquid and gaseous media. Izvestiya VUZov. Chernaya metallur giya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1997, no. 7, pp. 6–10. (In Russ.).формула для расчета скорости движения твердых частиц, пузырей и капель в жидких и газообразных средах // Изв. вуз. Черная металлургия. 1997. № 7. С. 6 – 10.Baryshnikov V.G., Deryabin A.A., Popel’ S.I., Panfi lov M.I. Kinetic features of sedimentation of metal inclusions in slags. Izvestiya AN SSSR. Metally. 1970, no. 2, pp. 106–115. (In Russ.).Барышников В.Г., Дерябин А.А., Попель С.И., Панфилов М.И. Кинетические особенности оседания металлических включений в шлаках // Изв. АН СССР. Металлы. 1970. № 2. С. 106 – 115.Popel’ S.I, Nikitin Yu.P., Barmin L.N. Vzaimodeistvie rasplavlennogo metalla s gazom i shlakom [Interaction of the molten metal with gas and slag]. Sverdlovsk: izd. UPI im. S.M. Kirova, 1975, 184 p. (In Russ.).Попель С.И., Никитин Ю.П., Бармин Л.Н. Взаимодействие расплавленного металла с газом и шлаком. – Свердловск: Изд-во. УПИ им. С.М. Кирова, 1975. – 184 с.Kazakov A.A. The analysis of conditions of droplets fl otation in steelmaking processes. Metally. 1990, no. 6, pp. 13–18. (In Russ.).Казаков А.А. Анализ условий флотации капель в сталеплавильных процессах // Металлы. № 6. 1990. С. 13 – 18.Казаков А.А. Анализ условий флотации капель в сталеплавильных процессах // Металлы. № 6. 1990. С. 13 – 18.

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