Физическая химия и физика металлургических систем. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Статья научная
Приведены результаты физико-химических расчётов сталеплавильных процессов для производства чистых сталей, раскисленных алюминием. Рассмотрен подход совершенствования технологии производства чистых сталей, включая элементы математических и термодинамических моделей, а также алгоритмические подходы для построения статических моделей с применением технологии машинного обучения, позволяющие повышать эффективность в сталеплавильных технологиях. С целью получения прикладного применения представленного подхода необходима предварительная подготовка массива данных, а также осуществление интерпретации результатов машинного обучения, основывающихся на фундаментальных законах и физико-химических процессах, протекающих в сталеплавильном производстве. В результате выполненных термодинамических расчётов в программе STM были разработаны мероприятия для производства чистых сталей. На примерах производства тонкого сляба, сортовых и блюмовых заготовок выполнен поиск и подтверждение значимых технологических параметров в формировании сталеплавильных дефектов из-за неметаллических включений с применением методов углубленной аналитики и машинного обучения.
Бесплатно
Физико-химические характеристики высокомагнезиальных сидеритов
Статья научная
В статье особое внимание уделено рассмотрению возможности применения сидеритовой железной руды Бакальского месторождения Челябинской области в качестве комплексного материала охладителя-флюса для частичной замены металлического лома, а также - шлакообразующего материала. Применение этого материала благоприятно влияет на выход жидкого полупродукта и повышение стойкости футеровки сталеплавильных агрегатов. Проведена количественная оценка влияния сидерита на технологические параметры выплавки стали в конвертере в условиях ККЦ ОАО «ММК». Расчет проводился по модернизированной математической модели, созданной в среде Microsoft Excel, в основу которой была положена система балансовых уравнений, решаемых совместно методом итераций. Рассчитаны охлаждающие эффекты различных материалов, которые использовались на плавку: 1 % магнезиального флюса-охладителя от массы металлошихты (4 т) снижает температуру металла на 37 °С, в то время как известняк - на 28 °С, сырой доломит - на 31 °С, ожелезненный доломит и лом - на 14 °С. По охлаждающему эффекту 1 т магнезиального флюса-охладителя заменяет 2,6 т металлического лома, или 1,3 т известняка. Изучены на синхронном термоаналитическом приборе STA (Iupiter 449 F3) фирмы NETZSCH теплофизические свойства комплексного магнезиального флюса-охладителя (сидеритовой руды) при его применении при выплавке стали. Уточнены последовательность и температуры начала декарбонизации основных минералообразующих компонентов магнезиального флюса-охладителя. (МnСО3 - 370 °С, FеСО3 - 410 °С, МgСО3 - 670 °С, СаСО3 - 970 °С).
Бесплатно
Физическая интерпретация теории восстановления / окисления металлов
Статья научная
Изложена физическая концепция теории восстановления металлов в оксидах, в основе которой лежит обмен электронами между восстановителем и восстанавливаемыми катионами. Показано, что восстановление может происходить в объёме оксида в окружении металла анионами кислорода, для протекания процесса не требуется ни подвод восстановителя к месту выделения металлической фазы, ни отвод оттуда продуктов реакции. Образование металлической фазы происходит путём постепенной трансформации ионной химической связи в металлическую, минуя стадию образования атомов металла. Выделение новой фазы не испытывает затруднений, обусловленных межфазным натяжением, а её рост не вызывает деформации кристаллической решётки оксида. На основе развиваемой концепции с единых позиций объяснены все наблюдаемые варианты восстановления. Показана принципиальная разница в механизме образования металлической фазы в оксиде и оксидной фазы в металле при полной аналогии процессов перераспределения электронов между металлом и восстановителем, металлом и окислителем.
Бесплатно
Физические свойства рафинировочных шлаков
Статья научная
Приведены результаты исследования зависимости плотности, молярного объема и поверхностного натяжения сталеплавильных рафинировочных шлаков, формируемых на основе систем CaO - Al 2O 3 - CaF 2 (до 25 % CaF 2) и CaO - (SiO 2 + Al 2O 3) - Na 2O (до 20 % Na 2O), от химического состава, температуры и соотношения различных компонентов шлака. В шлаках CaO - Al 2O 3 - CaF 2 при замене оксида кальция его фторидом плотность расплавов снижается, а замена оксида или фторида кальция оксидом алюминия увеличивает плотность, причем в последнем случае содержание в расплаве оксида кальция практически не влияет на плотность при одинаковых отношениях Al 2O 3 / CaF 2; для всех составов наблюдаются положительные отклонения молярного объема от аддитивного, составляющие ~ 10-12 %. Замена оксида кальция фторидом приводит к снижению значения поверхностного натяжения расплава, тем большему, чем ниже содержание Al 2O 3. Замена фторида кальция оксидом алюминия, напротив, увеличивает поверхностное натяжение шлака. При этом содержание оксида кальция практически не влияет на величину поверхностного натяжения при одинаковых отношениях Al 2O 3 / CaF 2. В системе CaO - (SiO 2 + Al 2O 3) - Na 2O при неизмененном содержании оксида натрия увеличение отношения CaO / (SiO 2 + Al 2O 3) приводит к снижению плотности расплава, тем более заметному, чем меньше в нем содержание Na 2O; увеличение содержания оксида натрия снижает плотность расплавов. Относительный избыточный молярный объем расплавов может быть как отрицательным, так и положительным в зависимости от структурных изменений в шлаке.
Бесплатно
Целесообразность флотационного обогащения руды месторождения Ширальджин
Статья научная
Статья посвящена исследованиям целесообразности флотационного обогащения руды месторождения Ширальджин Кыргызской Республики. Дан небольшой обзор по переработке упорного золотосодержащего сырья, обозначена цель проведенных исследований. Представлены результаты анализов: химического, минерального составов, установлено, что руда относится к окисленному типу гематитовых золотосодержащих руд, является высококремниевой, высокожелезистой и умеренно кальциевой с присутствием марганца и меди. Основными концентраторами металлов являются: для железа - гематит и гётит, для марганца - примеси марганца в оксидах и гидроксидах железа. По данным распределения меди по минералам определено его содержание в минералах: гётите, лимоните, малахите, ковеллине, халькопирите. Золото в руде самородное, преимущественно тонкодисперсное, также присутствует крупное золото. Фазовым анализом установлено, что в руде основную часть составляет свободное золото в форме октаэдров, их сростков, также в дендритовидной форме золото в сростках с чистой поверхностью. И определено количество золота, которое может быть извлечено обогатительными процессами. Исследованиями флотационного обогащения изучаемой руды определены модификаторы, собиратели и их сочетания, дающие наилучшие технологические показатели, которые оценивались по извлечению золота, качеству получаемого концентрата и кинетике флотации. Изучением влияния плотности пульпы на флотируемость золота определена оптимальная плотность. Результатом открытых флотационных опытов установлена оптимальная тонина помола в I и II стадиях измельчения. По данным исследований морфологии золотин и их распределения по крупности в полученных флотоконцентратах после I и II стадий измельчения определено, что после I стадии измельчения извлекается все крупное золото, отсутствующее во флотоконцентрате после II стадии измельчения.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследовали процесс электроосаждения цинк-никелевых покрытий на латунную и стальную подложки из кислых и слабокислых сульфатно-хлоридных электролитов. В качестве буферной добавки применяли борную и лимонную кислоты. Молярное соотношение ионов никеля и цинка в электролите Ni(II)/Zn(II) выбрано с большим превышением по ионам никеля (> 10 раз). Химический состав электролита определяли методом комплексонометрического титрования с трилоном Б. Валовый состав и морфологические свойства покрытия определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6460LV с компьютерным контролем. Рабочую плотность тока подбирали с использованием электрохимической ячейки с угловым катодом - ячейки Хулла. Осаждение сплава проводили электрохимическим методом в гальванической ванне постоянного тока. В качестве анодов были использованы никелевые пластины. Установлено, что для электролитов с добавками борной кислоты предельное значение плотности тока составляет 0,8 А/дм2, а при использовании в электролите в качестве буферной добавки лимонной кислоты предельное значение увеличивается до 2,5 А/дм2 без ухудшения качества покрытия. Сплавы, осажденные из электролита с лимонной кислотой, имеют, согласно исследованиям на электронном микроскопе, более мелкозернистую структуру, визуально выглядят более гладкими и блестящими. Расчеты показали, что осаждение из электролита с лимонной кислотой позволяет получить более высокий выход по току по сравнению с осаждением из электролита с борной кислотой. Скорость осаждения покрытий из электролитов с лимонной кислотой значительно выше во всем диапазоне плотностей тока независимо от природы подложки. Таким образом, добавки лимонной кислоты в электролит для осаждения цинк-никелевых покрытий дают значительные преимущества по сравнению с добавками борной кислоты, традиционно используемой для этих целей.
Бесплатно
Статья научная
Показана необходимость и возможность замены кирпичной кладки водоохлаждаемыми элементами при возрастании вводимой в дуговую сталеплавильную печь мощности. Такая замена приводит к некоторому увеличению удельного расхода электроэнергии, в основном за счёт возрастания потерь в окислительный и восстановительный периоды плавки, что компенсируется снижением простоев печи на замену кирпичных сводов. С увеличением производительности печи удельный расход электроэнергии уменьшается. Тепловые потери могут быть дополнительно снижены экранированием свода путём подачи в печь углеродсодержащих газов. Рассмотрены пути достижения максимальной эффективности печей с водоохлаждаемым сводом путем повышения производительности и изменения соотношений геометрических параметров ДСП. Водоохлаждаемый свод конструкции Московского государственного вечернего металлургического института находился в эксплуатации на ДСП вместимостью от 1,5 до 200 т включительно, а в 2004-2005 гг. введены в эксплуатацию ДСП вместимостью 175 и 320 т. Достигнуты показатели по производительности 230 и 320 т/ч при удельном расходе электроэнергии 290 и 359 кВт•ч/т.
Бесплатно
