Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Термодинамическое моделирование силикотермического процесса восстановления хрома

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-2-122-128

Полный текст:

Аннотация

Проведено термодинамическое моделирование процесса восстановления хрома из оксидной системы состава, % (по массе): 25,0 – 37,5 CaO, 25,0 – 12,5 SiO2 , 25 Cr2O3 , 5 FeO, 14 MgO, 3 MnO, 3 Al2O3 . В качестве восстановителя использовали кремний ферросилиция марок ФС20, ФС45, ФС65, количество которого составило 110 % 2 от стехиометрически необходимого для восстановления железа, марганца и хрома. Для моделирования использовали программный комплекс HSC Chemistry 6.12, разработанный Outokumpu (Финляндия). Расчеты выполнены с применением модуля «Equilibrium Compositions» в исходной среде азота при общем давлении 0,1 МПа в интервале температур 1500 – 1700 °С с шагом 50 °С. В базу данных программного комплекса введены термодинамические характеристики химического соединения CrO (II). Скорректированы существующие в базе данных термодинамические константы соединения CaCr2O4 . Результаты расчетов представлены в виде графических зависимостей изменения степени восстановления хрома η Cr от температуры t, основности шлака (СаО)/(SiO2) и концентрации кремния в ферросилиции [Si]ФС. Показано, что повышение температуры процесса от 1500 до 1700 °С при (СаО)/(SiO2) = 2 снижает ηCr при применении восстановителя ФС20, ФС45 и ФС65 на 1,87, 6,04 и 7,38 % соответственно. Установлено, что увеличение (СаО)/(SiO2) от 1 до 3 при t = 1600 °С приводит кФС повышению ηCr на 17,3, 14,2 и 12,5 % при использовании ФС20, ФС45 и ФС65 соответственно. Повышение концентрации кремния от 20 до 65 % в ферросилиции [Si]ФС способствует увеличению ηCr на 9,5, 5,9 и 4,2 % при основности шлака, равной 1, 2 и 3 соответственно и температуре 1600 °С. Определен химический состав металла. Результаты термодинамического моделирования могут быть использованы для расчета степени восстановления хрома из шлаков восстановительного периода процесса аргоно-кислородного рафинирования при получении нержавеющей стали.

Об авторах

В. А. Салина
Институт металлургии УрО РАН
Россия

к.т.н., старший научный сотрудник

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



В. И. Жучков
Институт металлургии УрО РАН
Россия

д.т.н., профессор, главный научный сотрудник

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



О. В. Заякин
Институт металлургии УрО РАН
Россия

д.т.н., заведующий лабораторией стали и ферросплавов

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Список литературы

1. Неменов А.М. События в цифрах и фактах // Металлург. 2018. № 7. С. 96 – 100.

2. International Stainless Steel Forum (ISSF). URL: https://ussa.su/news/1898 (дата обращения: 17.05.2019).

3. Токовой О.К. Аргонокислородное рафинирование нержавеющей стали. – Челябинск: ИЦ ЮУрГУ, 2015. – 250 с.

4. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. Процессы выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки стали. Т. 1. – М.: Теплотехник, 2010. – 528 с.

5. Сазонов В.Н. О предыстории разработки нержавеющих сталей базовой системы легирования Fe – Cr // Металлург. 2018. № 8. С. 95 – 100.

6. Morita K., Sano N. Activity of chromium oxide in CaO – SiO 2 based slags at 1873 K. – In book: 7 th Int. Conf. on Molten Slags, Fluxes and Salts (South Africa). – South Africa, 2004. P. 113 – 117.

7. Morita K., Mori M., Guo M., Ikagawa T., Sano N. Activity of chromium oxide and phase relations for the CaO – SiO – CrO x system at 1873 K under moderately reducing conditions //2 Steel Research. 1999. Vol. 70. No. 8-9. P. 319 – 324.

8. Morita K., Inoue A., Takayama N., Sano N. The solubility of MgO· ·Cr 2 O 3 in MgO – Al2 O 3 – SiO 2 – CaO slag at 1600 °C under reducing conditions // Tetsu-to-Hagane. 1988. Vol. 74. No. 6. P. 999 – 1005.

9. Wang L., Seetharaman S. Experimental studies on the sulfide capacities of CaO – SiO 2 – CrO x slags // Metallurgical and Materials Transactions B. 2010. Vol. 41B. No. 4. P. 367 – 373.

10. Nakamoto M., Forsbacka L., Holappa L. Assessment of viscosity of slags in ferrochromium process. – In book: 11 th Int. Ferroalloys Congress INFACON. – India, 2007. P. 159 – 164.

11. Zayakin O.V., Statnykh R.N., Zhuchkov V.I. Study of the possibility of obtaining non-decomposing slag during low-carbon ferrochrome production // Metallurgist. 2019. Vol. 62. No. 9-10. P. 875 – 881.

12. Левков Л.Я., Шурыгин Д.А., Дуб В.С., Клочай В.В., Корзун Е.Л. Исследование степени окисления хрома в оксидно-фторидных шлаках, применяемых при электрошлаковом переплаве // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 12. С. 948 – 956.

13. Акимов Е.Н., Сенин А.В., Рощин В.Е. Термодинамический анализ получения низкоуглеродистого феррохрома с применением модели ассоциированных растворов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2013. Т. 13. № 1. С. 182 – 184.

14. Танклевская Н.М., Михайлов Г.Г. Термодинамический анализ возможности получения низкоуглеродистого феррохрома из местных руд. – В кн.: Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов. Сб. тр. XII Российского семинара. – Курган: изд. Курганского гос. ун-та, 2014. С. 42 – 44.

15. Gutierrez-Paredes J., Romero-Serrano А., Plascencia-Barrera G., Vargas-Ramirez M., Zeifert B., Arredondo-Torres V. Chromium oxide reduction from slag by silicon and magnesium // Steel Research Int. 2005. Vol. 76. No. 11. P. 764 – 768.

16. Van Ende Marie-Aline, Guo Muxing, Jones Peter Tom, Blanpain Bart, Wollants Patrick. Manganese and chromium distribution between CaO – SiO 2 – Mg Oat. – CrO 1,5 – MnO slags and Fe – Cr – Mn stainless steel // ISIJ International. 2008. Vol. 48. No. 10. P. 1331 – 1338.

17. Salina V.A., Zhuchkov V.I., Zayakin O.V. Thermodynamic simulation of the manufacture of Fe – Si – Ni – Cr alloys // Russian Metallurgy (Metally). 2019. No. 2. P. 162 – 164.

18. Salina V.A., Zayakin O.V., Zhuchkov V.I. The thermodynamic evaluation of the interphase distribution of elements in the chromium and nickel-containing system. – In book: Theoretical and practical conference with international participation and School for young scientists «Ferroalloys: Development prospects of metallurgy and machine building based on completed Research and Development». Knowledge E, 2019. P. 126 – 133.

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

20. Глушко В.П. Термические константы веществ. Вып. IX. – М.: Академия наук СССР, 1979. – 574 с.

21. Гасик М.И., Лякишев Н.П. Физикохимия и технология электроферросплавов. – Днепропетровск: Системные технологии, 2005. – 448 с.


Для цитирования:


Салина В.А., Жучков В.И., Заякин О.В. Термодинамическое моделирование силикотермического процесса восстановления хрома. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2020;63(2):122-128. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-2-122-128

For citation:


Salina V.A., Zhuchkov V.I., Zayakin O.V. Thermodynamic simulation of silicothermic chromium reduction process. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020;63(2):122-128. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-2-122-128

Просмотров: 56


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)