ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕСУЛЬФУРАЦИИ МЕТАЛЛА БОРСОДЕРЖАЩИМИ ШЛАКАМИ СИСТЕМЫ СaО–SiO2 –MgO–Al2 O3 –B2 O3

Проведено термодинамическое моделирование процесса десульфурации металла борсодержащими шлаками системы СаО – SiO2  – MgO – Al2 O3  – B2 O3 с применением программного комплекса HSC 6.12 Chemistry (Outokumpu). Изучены влияния температуры процесса (1500 – 1700 °С), основности шлака (2 – 5) и содержания В2 О3 (1 – 4 %)1 на десульфурацию стали. Установлено, что увеличение температуры процесса десульфурации металла с 1500 до 1700 °С способствует снижению содержания серы в изученном диапазоне основности шлака. При температуре 1600 °С содержание серы в металле составило 0,0052 % для шлака основностью 2, а при 1650  °С ее концентрация составила 0,0048 %. Повышение основности шлака с 2 до 5 оказало благоприятное влияние на степень десульфурации металла, увеличивая ее соответственно с 80,7 до 98,7 % при температуре 1600 °С. При этом повышение концентрации В2 О3 в шлаке оказало отрицательное влияние на процесс десульфурации металла. Шлак основностью 2, содержащий 1 и 4 % В2 О3 , позволил получить количество серы в металле соответственно 0,0052 и 0,012 % при температуре 1600 °С, а шлак основностью 5 с таким же содержанием В2 О3 при той же температуре обеспечил количество серы в металле на уровне 0,00036 и 0,001 % соответственно. Следует отметить, что более благоприятные условия процесса десульфурации металла обеспечил шлак без оксида В2 О3 по сравнению с борсодержащим. Шлаки основностью 2 и 5 без В2 О3 согласно результатам термодинамического моделирования позволили получить металл при температуре 1600  °С с  содержанием серы 0,0039 и 0,00019 % соответственно. Результаты расчета термодинамического моделирования процесса десульфурации металла бор- содержащими шлаками системы СаО – SiO2  – MgO – Al2 O3  – B2 O3 основностью 2 – 5 в интервале температур 1500 – 1700 °С коррелируют с данными экспериментальных исследований и могут иметь практическое значение при совершенствовании технологии процесса десульфурации стали борсодержащими шлаками в сталеплавильном производстве. 

1. Металлургия стали. Учебник для вузов / В.И. Явойский, Ю.В. Кряковский, В.П. Григорьев и др. – М.: Металлургия, 1983. – 584 с.

2. Чуйко Н.М., Чуйко А.Н. Теория и технология электроплавки стали. – Киев-Донецк: Головное изд-во, 1983. – 248 с.

3. Бигеев А.М., Бигеев В.А. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. Учебник для вузов. Изд. 3-е перераб. и допол. – Магнитогорск: изд. МТГУ, 2000. – 544 с.

4. Каблуковский А.Ф. Производство электростали и ферросплавов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. – 511 с.

5. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. Внепечная металлургия стали. – М.: Теплотехник, 2010. Т. 3. – 544 с.

6. Новиков В.А., Царев В.А., Новиков С.В., Афанасьев С.Ю., Батов Ю.М. Термодинамические и кинетические особенности процесса десульфурации // Электрометаллургия. 2012. № 9. С. 16 – 20.

7. Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали. – М.: Металлургия, 1977. – 208 с.

8. Wang H., Zhang T., Zhu H., Li G., Yan Y., Wang J. Effect of В2 О3 on melting temperature, viscosity and desulfurization capacity of CaO-based refining flux // ISIJ International. 2011. Vol. 51. No 5. P. 702 – 706.

9. Турсунов Н.К., Семин А.Е., Санокулов Э.А. Исследование процессов дефосфорации и десульфурации при выплавке стали 20ГЛ в индукционной тигельной печи с дальнейшей обработкой в ковше с использованием редкоземельных металлов // Черные металлы. 2017. № 1. С. 33 – 40.

10. Акбердин А.А., Ким А.С., Есенжулов А.Б. Теоретическая оценка и промышленная проверка технологии выплавки рафинированного феррохрома с использованием легкоплавких флюсов: Сб. трудов Международной научной конференции «Физико-химические основы металлургических процессов», посвященной 110-летию со дня рождения академика А.М. Самарина. – М.: ИМЕТ РАН, 2012. С. 69.

11. Возчиков А.П., Демидов К.Н., Смирнов Л.А. и др. Разработка борсодержащих высокомагнезиальных флюсов рационального состава для сталеплавильного производства и экспериментальная оценка их физико-химических и рафинирующих свойств // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2014. № 11. С. 35 – 38.

12. Zhu Z.X., Li G.R., Wang H.M., Dai Q.X., Li B. // J. Univ. Sci. Technol. 2006. Bd. 28. S. 725.

13. Жарменов А.А., Муканов Д.М., Акбердин А.А. и др. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана // Бор в процессах подготовки и металлургической переработки железорудного сырья. – Астана: Фолиант, 2003. Т. 3. С. 3 – 87.

14. Kim Gi Hyun, Sohn Il. Role of B2 O3 on the viscosity and structure in the CaO–Al2 O3 –Na2 O-based system // Metallurgical and Materials Transaction. 2014. Vol. 45. № 1. P. 86 – 95.

15. Kim Youngjae, Morita Kazuki. Relationship between molten oxide structure and thermal conductivity in the CaO–SiO2 –B2 O3 system // ISIJ International. 2014. Vol. 54. № 9. P. 2077 – 2083.

16. Сычев А.В., Салина В.А., Бабенко А.А., Жучков В.И. Изучение межфазного распределения бора между борсодержащим оксидом и металлом // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 2. С. 140 – 144.

17. Wan Yong, Chen Weiqing. Effect of boron content on the microstructure and magnetic properties of non-oriented electrical steels // J. Wuhan Univ. Technol. Mater. Sci. Ed. 2015. Vol. 30. No. 3. P. 574 – 579.

18. Величко О.Г., Камкiна Л.В., Манiдiн В.С., Iсава Л.Є., Червоний I.Ф. Роль бору в процесах отримання якiсної сталi i проблеми його визначення // Теория и практика металлургии. 2015. № 1-2. С. 104 – 108.

19. Богданов Н.А., Сычков А.Б., Деревянченко И.В. и др. Разработка и освоение производства борсодержащих сталей // Металлург. 1999. № 2. С. 29, 30.

20. Жучков В.И., Сычев А.В., Акбердин А.А., Трофимов Е.А., Салина В.А., Бабенко А.А. Исследование и совершенствование процесса получения комплексных борсодержащих ферросплавов. Сб. материалов XVI Международной конференции «Современные проблемы электрометаллургии стали». – Челябинск: ИЦ ЮУрГУ, 2015. Ч. 2. С. 191 – 196.

21. Жучков В.И., Леонтьев Л.И., Бабенко А.А., Сычев А.В., Акбердин А.А. Перспективные направления использования борсодержащих материалов в черной металлургии: Сб. трудов XX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. – Екатеринбург: Уральское отделение Российской академии наук, 2016. Т. 3. С. 73.

22. Roine A. Outokumpu HSC Chemistry for Windows. Chemical reactions and Equilibrium software with extensive thermochemical database. – Pori: Outokumpu research OY, 2002.