blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-12-896-902blackmet-987Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSESКИНЕТИКА МЕЖФАЗНОГО ПЕРЕХОДА СЕРЫ В ПРОЦЕССЕ КОВШЕВОГО РАФИНИРОВАНИЯ ЧУГУНА МАГНИЕМKINETICS OF INTERFACIAL TRANSITION OF SULFUR DURING LADLE REFINING OF IRON BY MAGNESIUMРуденкоА. Л.RudenkoA. L.

49050, Днепропетровск, пл. академика Стародубова, 1

к.т.н., старший научный сотрудник

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

ovoch-isi@yandex.ruИнститут черной металлургии им. З.И. Некрасова НАН УкраиныУкраинаZ.I. Nekrasov Institute of Ferrous Metallurgy, Ukrainian National AcademyUkraine2016130120175912896902Copyright © Руденко А.Л., 20172017Руденко А.Л.Rudenko A.L.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/987

В процессе внепечной обработки чугуна магнием в ковше образуется высокосернистый тугоплавкий гетерогенный шлак с высоким содержанием корольков металла. Такие шлаки, в основном, кислые с различной окислительной способностью. Высокое содержание серы в шлаке повышает «опасность» обратного перехода серы из шлака в чугун. В работе экспериментальным путем изучена кинетика перехода серы через межфазную поверхность в системе металл – шлак. В качестве экспериментальных данных использовали результаты промышленных обработок чугуна магнием на заводах Китая. Моделирование межфазного перехода серы осуществлено с использованием теории пограничного диффузионного слоя. По упрощенному выражению для второго закона Фика определены значения коэффициентов массопереноса серы в шлаке. С использованием полученных кинетических характеристик расчетным путем доказано, что в конкретных производственных условиях после рафинирования чугуна магнием идет интенсивный возврат серы из шлака в корольки металла. При этом расчетное содержание серы в чугуне в ковше остается практически неизменным, что хорошо согласуется с экспериментальными данными.

During magnesium desulfurization of molten iron, high – sulfur and heterogeneous slag with high content of prills is formed in the ladle. Generally these slags are sour with various oxidizing ability. The high content of sulfur in the slag increases the “danger” of the reversion of sulfur from the slag to the melt. In this paper the kinetics of sulfur transfer through the metal – slag interface surface was examined. The results of hot metal treatment with magnesium in the factories in China were used as a basis for experimental data. The interfacial transfer of sulfur was modeled using diffusion boundary layer theory. The coefficient values of sulfur mass transfer in the slag were determined using a simplified expression of the second Fick’s law. While using these kinetic characteristics during calculations, it was proved that after refining of hot metal with magnesium under present conditions, a fast return of the sulfur from the slag into the metal droplets takes place. At the same time the estimated sulfur content in the iron in the ladle remains practically invariable.

десульфурациядиффузияшлакмежфазный переходкоролькипограничный слоймассопереносфракцияудельная поверхностькоэффициент распределенияdesulfurizationdiff usionslaginterfacial transferReferencesВоронова Н.А. Десульфурация чугуна магнием. – М.: Металлургия, 1980. – 239 с.Voronova N.A. Desul’furatsiya chuguna magniem [Cast-iron desulfurization with magnesium]. Moscow: Metallurgiya, 1980, p. (In Russ.).Sulfur Distribution Features in Metal-Slag-Gas System during Hot Metal Desulfurisation with Magnesium. Proceed. of the 7 Intern. Conf. MMT – 2012. Ariel University Center of Samaria. Israel. August 20 – 23. 2012, P. 120 – 129.Sulfur Distribution Features in Metal-Slag-Gas System during Hot Metal Desulfurisation with Magnesium. Proceed. of the 7 Int. Conf. MMT – 2012. Ariel University Center of Samaria. Israel. August 20–23. 2012, P. 120–129.Чубин К.И. Развитие теории и совершенствование технологии десульфурации чугуна вдуванием диспергированного магния // Автореф. … дисс. канд. техн. наук. – Днепродзержинск, 2008. – 22 с.Chubin K.I. Razvitie teorii i sovershenstvovanie tekhnologii desul’furatsii chuguna vduvaniem dispergirovannogo magniya: Avtoref. … diss. kand. tekhn. nauk [Theory development and technology improvement of cast iron desulfurization with the injection of dispersed magnesium: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Dneprodzerzhinsk, 2008, 22 p. (In Russ.).Ткач Н.Т., Шевченко А.Ф., Костицын Д.В., Лындя П.С. Особенности шлакообразования в ковшах с жидким чугуном // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. 2004. № 8. С. 168 – 175.Tkach N.T., Shevchenko A.F., Kostitsyn D.V., Lyndya P.S. Peculiarities of slag formation in ladles with liquid cast iron. Fundamental’nye i prikladnye problemy chernoi metallurgii. 2004, no. 8, pp. 168–175. (In Russ.).Курилова Л.П., Булахтин А.С., Кисляков В.Г. и др. О ресульфурации чугуна от выпуска из доменной печи до слива в конвертер // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. 2010. № 22. С. 96 – 105.Kurilova L.P., Bulakhtin A.S., Kislyakov V.G., Rudenko A.L., Tkach N.T. On cast iron resulfurization from the output from blast furnace to the drain into the converter. Fundamental’nye i prikladnye problemy chernoi metallurgii. 2010, no. 22, pp. 96–105. (In Russ.).Mechanism of Resulfurization in Magnesium Desulfurization Process of Molten Iron. ISIJ International. 2005. Vol. 45. No 11. Р. 1607 – 1615.Mechanism of Resulfurization in Magnesium Desulfurization Process of Molten Iron. ISIJ International. 2005, vol. 45, no. 11, pp. 1607–1615.Prevention of Resulfurization in Desulfurisation Process with Mag nesium Vapor Produced in Situ Aluminothermic Reduction of Magnesium Oxide. ISIJ International. 2005. Vol. 45. No 12. Р. 1795 – 1803.Prevention of Resulfurization in Desulfurisation Process with Magnesium Vapor Produced in Situ Aluminothermic Reduction of Magnesium Oxide. ISIJ International. 2005, vol. 45, no. 12, pp. 1795–1803.Вергун А.С., Шевченко А.Ф., Кисляков В.Г., Руденко А.Л. Роль ковшевого шлака при десульфурации чугуна магнием // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. 2009. № 20. C. 80 – 85.Vergun A.S., Shevchenko A.F., Kislyakov V.G., Rudenko A.L. Role of ladle slag at cast-iron desulfurization with magnesium. Fundamental’nye i prikladnye problemy chernoi metallurgii. 2009, no. 20, pp. 80–85. (In Russ.).Вергун А.С., Приходько Э.В., Кисляков В.Г. Влияние химического состава и свойств ковшевого шлака, формирующегося в процессе десульфурации чугуна магнием, на содержание в нем металлической фазы // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. 2010. № 21. C. 117 – 127.Vergun A.S., Prikhod’ko E.V., Kislyakov V.G. Infl uence of chemical composition and the properties of ladle slag, formed in the process of desulfurization of cast-iron with magnesium, on the content of metal phase in them. Fundamental’nye i prikladnye problemy chernoi metallurgii. 2010, no. 21, pp. 117–127. (In Russ.).Явойский В.И., Дорофеев Г.А., Повх И.Л. Теория продувки сталеплавильной ванны. – М.: Металлургия, 1974. – 496 с.Yavoiskii V.I., Dorofeev G.A., Povkh I.L. etc. Teoriya produvki staleplavil’noi vanny [Theory of steelmaking bath blowing]. Moscow: Metallurgiya, 1974, 496 p. (In Russ.).Есин О.А., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. Ч. 2. – М.: Металлургия, 1966. – 703 с.Esin O.A., Gel’d P.V. Fizicheskaya khimiya pirometallurgicheskikh protsessov. Ch. 2 [Physical chemistry of pyrometallurgical processes. Part 2]. Moscow: Metallurgiya, 1966, 703 p. (In Russ.).Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов. Учебное пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 463 с.Popel’ S.I., Sotnikov A.I., Boronenkov V.N. Teoriya metallurgicheskikh protsessov. Uchebnoe posobie dlya vuzov [Theory of metallurgical processes. Textbook for universities]. Moscow: Metallurgiya, 1986, 463 p. (In Russ.).Туркдоган Е.Т. Физическая химия высокотемпературных процессов / Пер. с англ. Ю.И. Уточкина, В.И. Симонова. – М.: Металлургия, 1985. – 344 с.Turkdogan E.T. Physical chemistry of high-temperature processes. Academic Press, 1980, 447 p. (Russ. ed. Turkdogan E.T. Fizicheskaya khimiya vysokotemperaturnykh protsessov. Moscow: Metallurgiya, 1985, 344 p.).Теория металлургических процессов. Учебное пособие для вузов / Д.Н. Рыжонков, П.П. Арсентьев и др. – М.: Металлургия, 1989. – 392 с.Ryzhonkov D.N., Arsent’ev P.P. etc. Teoriya metallurgicheskikh protsessov. Uchebnoe posobie dlya vuzov [Theory of metallurgical processes. Tutorial for universities]. Moscow: Metallurgiya, 1989, 392 p. (In Russ.).Меджибожский М.Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов. – Киев – Донецк: Вища школа, 1986. – 280 с.Medzhibozhskii M.Ya. Osnovy termodinamiki i kinetiki stale plavil’ nykh protsessov [Basics of thermodynamics and kinetics of steelmaking processes]. Kiev – Donetsk: Vishcha shkola, 1986, 280 p. (In Russ.).

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