blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-9-656-662blackmet-922Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSESИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕРОДА В ХРОМСОДЕРЖАЩИХ РАСПЛАВАХ АРГОНО-КИСЛОРОДНОЙ ПЛАЗМОЙSTUDY OF THE KINETICS OF CARBON OXIDATION BY ARGON-OXYGEN PLASMA IN CHROMIUM-CONTAINING MELTSРумянцевБ. А.RumyantsevB. A.

Аспирант кафедры «Металлургия стали и ферросплавов» pan>

Postgraduate of the Chair “Metallurgy of Steel and Ferroalloys”

rumin_123@mail.ruКомоловаО. А.KomolovaO. A.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлургия стали и ферросплавов»

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Metallurgy of Steel and Ferroalloys”

o.a.komolova@gmail.comГригоровичК. В.GrigorovichK. V.

Член-корр. РАН, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Металлургия стали и ферросплавов», зав. лабораторией

Coresponding Member of Russian Academy of Sciences, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the of the Chair “Metallurgy of Steel and Ferroalloys”, Head of the Laboratory

ГарберА. К.GarberA. K.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлургия стали и ферросплавов»

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Metallurgy of Steel and Ferroalloys”

ТабаковЯ. И.TabakovYa. I.

Инженер-исследователь

Research Engineer

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», МоскваРоссияNational University of Science and Technology “MISIS”, MoscowRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, МоскваРоссияNational University of Science and Technology “MISIS”; Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS, MoscowRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, МоскваРоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS, MoscowRussian Federation201615102016599656662Copyright © Румянцев Б.А., Комолова О.А., Григорович К.В., Гарбер А.К., Табаков Я.И., 20162016Румянцев Б.А., Комолова О.А., Григорович К.В., Гарбер А.К., Табаков Я.И.Rumyantsev B.A., Komolova O.A., Grigorovich K.V., Garber A.K., Tabakov Y.I.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/922

Проведены исследования процессов обработки кислородосодержащей плазмой сплавов типа Fe – Cr и Fe – Cr – Ni на лабораторной установке, которая представляет собой плазменную печь с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом и дает возможность моделировать процессы, происходящие в пятне контакта плазменной дуги и поверхности расплава. Разработана математическая модель, позволяющая описывать процессы, происходящие при взаимодействии расплава и плазменного факела. По результатам экспериментов определены кинетические параметры процесса обезуглероживания выскохромистых расплавов аргон-кислородной плазмой. Полученные результаты показывают, что обработка высокохромистых расплавов плазмой, содержащей не более 15 – 17 % кислорода, позволяет получать высокую степень обезуглероживания расплава при низком угаре хрома. Сопоставление расчетов по модели и экспериментальных данных показало хорошую сходимость результатов.

The article describes the investigation of treatment processes of such alloys as Fe – Cr and Fe – Cr – Ni by oxygen-containing plasma. The laboratory unit, which is a plasma furnace with a tungsten cathode and a water-cooled copper anode, can simulate processes that occur in the contact area of plasma arc and melt surface. It was also developed a mathematical model describing the processes occurring in the interaction between plasma torch and surface of the molten metal. According to the results of the experiments the authors have determined the kinetic parameters of decarburization process of high-chromium melts by argon-oxygen plasma. The results allow to conclude that treatment of high-chromium melts by plasma which contents less than 15–17 % of oxygen provides a high degree of decarburization with low chromium haze. The comparison of model calculations and experimental data has shown good reproducibility.

коррозионностойкая стальобезуглероживаниеплазмакинетикаматематическое моделированиеstainless steeldecarburizationplasmakineticsmathematical modelingФедеральные целевые программы (соглашение RFMEFI57814X0023)Federal Target Program (agreement is RFMEFI57814X0023)ReferencesГольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. – М.: МИСИС, 1999. – 408 с.Gol’dshtein M.I., Grachev S.V., Veksler Yu.G. Spetsial’nye stali [Special steel]. Moscow: MISIS, 1999, 408 p. (In Russ.).Туфанов Д.Г. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, сплавов и чистых металлов. – М.: Металлургия, 1982. – 641 с.Tufanov D.G. Korrozionnaya stoikost’ nerzhaveyushchikh stalei, splavov i chistykh metallov [Corrosion resistance of stainless steels, alloys and pure metals]. Moscow: Metallurgiya, 1982, 641 p. (In Russ.).Бабаков А. А., Приданцев М. В. Коррозионностойкие стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1971. – 319 с.Babakov A. A., Pridantsev M. V. Korrozionnostoikie stali i splavy [Corrosion-resistant steels and alloys]. Moscow: Metallurgiya, 1971, 319 p. (In Russ.).Римкевич В.С., Сисев А.А., Муруев С.В., Блохин М.В. Возможности совершенствования традиционной выплавки нержавеющих сталей // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2012. № 8. С. 23 – 28.Rimkevich V.S., Sisev A.A., Muruev S.V., Blokhin M.V. Opportunities for improvement of the traditional smelting of stainless steels. Chernaya metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2012, no. 8, pp. 23–28. (In Russ.).Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. – М.: Металлургия, 1987. – 272 с.Grigoryan V.A., Belyanchikov L.N., Stomakhin A.Ya. Teoreticheskie osnovy elektrostaleplavil’nykh protsessov [Theoretical foundations of EAF processes]. Moscow: Metallurgiya, 1987, 272 p. (In Russ.).Жовтянский В.А. Электрическая дуга – основа теплотехнических применений плазмы. Ч. І. Общие свойства электродуговой плазмы и особенности процессов теплопереноса // Промышленная теплотехника. 2007. Т. 29. № 4. С. 13 – 22.Zhovtyanskii V.A. Electric arc – the basis of thermal plasma applications. Part I. General properties of the plasma arc and heat transfer characteristics of the processes. Promyshlennaya teplotekhnika. 2007, vol. 29, no. 4, pp. 13–22. (In Russ.).Чередниченко В.С., Кузьмин М.Г., Аньшаков А.С. Плазменные установки для плавки и восстановления металлов // Электрометаллургия. 2009. № 9. С. 20 – 27.Cherednichenko V.S., Kuz’min M.G., An’shakov A.S. Plasma systems for melting and recovery of metals. Elektrometallurgiya. 2009, no. 9, p. 20 – 27. (In Russ.).Лактионов А.Е., Стомахин А.Я., Григорян В.А. и др. Температура поверхности металла при плазменной плавке // Изв. вуз. Черная металлургия. 1979. № 7. С. 49 – 52.Laktionov A.E., Stomakhin A.Ya., Grigoryan V.A. etc. Temperature of the metal surface at plasma melting. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1979, no. 7, pp. 49–52. (In Russ.).Комолова О.А. Моделирование взаимодействия компонентов шлаковой и металлической фаз при производстве стали, разработка алгоритмов и программного обеспечения для описания технологических процессов: Автореф. дис…. канд. техн. наук. – М.: МИСиС, 2014. – 24 c.Komolova O.A. Modelirovanie vzaimodeistviya komponentov shlakovoi i metallicheskoi faz pri proizvodstve stali, razrabotka algoritmov i programmnogo obespecheniya dlya opisaniya tekhnologicheskikh protsessov: avtoref. dis…. kand. tekhn. nauk [Modeling of the components interaction of slag and metal phases in the production of steel, development of algorithms and software for the processes description: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Moscow: MISiS, 2014, 24 p. (In Russ.).Клюев М.М. Плазменно-дуговой переплав. – М.: Металлургия, 1980. – 253 с.Klyuev M.M. Plazmenno-dugovoi pereplav [Plasma-arc remelting]. Moscow: Metallurgiya, 1980, 253 p. (In Russ.).Фарнасов Г.А., Фридман А.Г., Каринский В.Н. Плазменная плавка. – М.: Металлургия, 1968. – 171 с.Farnasov G.A., Fridman A.G., Karinskii V.N. Plazmennaya plavka [Plasma melting]. Moscow: Metallurgiya, 1968, 171 p. (In Russ.).Трусов Б.Г. Программная система Терра для моделирования фазовых и химических равновесий в плазмохимических процессах. – В сб.: Матер. III Междунар. симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии. – Иваново, 2002. С. 217 – 220.Trusov B.G. TERRA software system for the simulation of chemical and phase equilibriums in plasma-chemical processes. In: Materialy III mezhdunarodnogo simpoziuma po teoreticheskoi i prikladnoi plazmokhimii [III-th International Symposium on Theoretical and Applied Plasma Chemistry]. Ivanovo: 2002, pp. 217–220. (In Russ.).Явойский В. И. Теория процессов производства стали. – М.: Металлургия, 1967. – 792 с.Yavoiskii V. I. Teoriya protsessov proizvodstva stali [Theory of steel production]. Moscow: Metallurgiya, 1967, 792 p. (In Russ.).Fischer W.A., Janke D., Stahlschmidt K. Die Verdampfung von Ei sen und seiner Begleitelemente Kupfer und Manganbeim Schwebe schmelzen unter vermindertem Druck // Archiv f.d. Eisenhüttenwesen. 1974. B. 45. No. 11. S. 757 – 764.Fischer W.A., Janke D., Stahlschmidt K. Die Verdampfung von Eisen und seiner Begleitelemente Kupfer und Mangan beim Schwebeschmelzen unter vermindertem Druck. Archiv f.d. Eisenhuttenwesen. 1974, b. 45, no. 11, S. 757–764.Карасев Р.А. Кинетика и механизм взаимодействия жидких железоуглеродистых расплавов с газовой фазой CO − CO2 // Сб. статей «Кинетика и термодинамика взаимодействия газов с жидкими металлами». – М.: Наука, 1974. С. 82 – 87.Karasev R.A. Kinetics and mechanism of interaction of liquid ironcarbon melts with the gas phase CO – CO2 . V. kn.: Kinetika i termodinamika vzaimodeistviya gazov s zhidkimi metallami [In: Kinetics and thermodynamics of the interaction of gases with liquid metals]. Moscow: Nauka, 1974, pp. 82–87.(In Russ.).

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