РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРЯМОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕМЕНТАРНЫХ СИСТЕМАХ

Одним из перспективных направлений совершенствования существующих технологий является разработка технологий легирования и модифицирования стали оксидными, в том числе и природными материалами. Такими материалами являются барийстронцийсодержащие карбонатные руды, никелевые концентраты и конвертерный ванадиевый шлак, использование которых позволяет получать металл с улучшенными свойствами, в то же время из процесса исключается стадия получения ферросплавов и лигатур, характеризующаяся значительными затратами. Для совершенствования существующих металлургических процессов требуются значительные исследования, которые можно осуществить с использованием методов термодинамического моделирования. В статье приведены результаты термодинамического моделирования в элементарных системах процессов восстановления бария, стронция, ванадия и никеля из их оксидов различными восстановителями. Полученные результаты позволили выяснить принципиальную возможность реализации процессов микролегирования и модифицирования стали недорогими материалами и определить тип и оптимальные расходы восстановителя. В качестве инструмента при термодинамическом моделировании использовали программный комплекс «Терра», который позволяет на основе принципа максимума энтропии определять равновесный состав многокомпонентной гетерогенной системы для высокотемпературных условий. В качестве восстановителей рассматривали углерод, кремний и алюминий. Проведены исследования влияния температуры и расходов восстановителей на условия и режимы процессов восстановления металлов. Результаты исследования процессов восстановления бария и стронция показали, что в качестве восстановителя при применении оксидных барийсодержащих материалов для обработки сталей предпочтительней использовать кремний или алюминий. Определены оптимальные расходы восстановителей, обеспечивающие максимальную степень восстановления бария и стронция. Проведены исследования и подтверждена возможность восстановления никеля углеродом. Результаты исследования процесса восстановления ванадия подтвердили реализуемость процесса как отдельно кремнием и углеродом, так и совместным углеродотермическим восстановлением, при котором углерод является преобладающим восстановителем. Использование полученных результатов позволит разрабатывать новые ресурсосберегающие технологии с использованием оксидных материалов для легирования, микролегирования и модифицирования расплавов системы Fe – C.

термодинамическое моделирование, элементарная система, процесс восстановления, оптимальный режим

1. Бобкова О.С., Барсегян В.В. Перспективы развития технологий прямого легирования стали из оксидных расплавов // Металлург. 2006. № 9. С. 43 – 46.

2. Рыбенко И.А. Разработка методики и системы расчета вариантов технологий непрерывного получения металла в агрегатах струйно-эмульсионного типа: Автореф. дис. канд. техн. наук. – Новокузнецк, 2000. – 17 с.

3. Рыбенко И.А., Мочалов С.П. Моделирование и оптимизация стационарных режимов металлургических процессов. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2015. – 170 с.

4. Smith W.R., Missen R.W. Chemical Reaction EquilibriumAnalysis: Theory and Algorithms. – NY, John Wiley, – 1982.

5. Van Zeggeren F., Storey S.H. The Computation of Chemical Equilibria. – Oxford: Cambridge University Press, 1970. – 176 p.

6. Thermodynamic Properties of Individual Substances / Gurvich L.V. ed. Fourth edition in 5 volumes, Hemisphere Pub Co. NY, L., Vol. 1. parts 2, 1989.

7. Iorish V.S., Belov G.V. On Quality of Adopted Values in Thermodynamic Databases // Netsu Sokutei. 1997. 24 (4). Р. 199 – 205.

8. Holub R., Vonka P. The Chemical Equilibria of Gaseous Systems. – Dordrecht: Reidel Pub. Comp, 1976.

9. SpeakK.F.Application of non PhaseDiagrams andThermodynamics for CVD // Proceeding of Seventh Jntern. Conference on CVD. – N.Y.: Electrochem. Soe, 1979. P. 1 – 16.

10. Belov G.V., Trusov B.G. Influence of Thermodynamic and Thermochemical Data Errors on Calculated Equilibrium Composition // Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1998. Vol. 102. No. 12. Р. 1874 – 1879.

11. Синярев Г.Б., Ватолин Н.А., Трусов Б.Г. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов. – М.: Наука, 1982. – 132 с.

12. Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. – М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2013. – 96 с.

13. Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Rybenko I.A., Khodosov I.E. Energy-efficient reduction of iron from its ores// Steel in Translation. 2016. Vol. 46. No. 4. Р. 245 – 250.

14. Golodova M.A., Dmitrienko V.I., Rozhikhina I.D., Rybenko I.A. Reduction of vanadium in elementary systems// Steel in Translation. 2010. Vol. 40. No. 4. Р. 310 – 313.

15. Nokhrina O.I., Rozhikhina I.D., Dmitrienko V.I., Golodova M.A., Efimenko Y.A. Reduction of metals from vanadium converter slag by means of carbon and silicon // Steel in Translation. 2014. Vol. 44. No. 2. Р. 99 – 102.

16. Акимов Е.Н., Сенин А.В., Рощин В.Е. Термодинамический анализ получения низкоуглеродистого феррохрома с применением модели ассоциированных растворов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2013. Т. 13. № 1. С. 182 – 185.

17. Черняк С.С., Ромен Б.М. Высокомарганцовистая сталь в драгостроении. – Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1996. – 377 c.

18. Кичигина О.Ю. Восстановление никеля из его оксида углеродом // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 10. C. 20 – 23.

19. Роль ванадия в микролегированных сталях / Р. Лангеборг, Т. Сивецки, С. Заяц и др.; под ред. Л.А. Смирнова. – Екатеринбург: изд. УИМ, 2001. – 107 с.

20. 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.