Кафедра металургії чавуну і сталі (ДМетІ) (з 2022 р до складу кафедри увійшла кафедра Інженерна педагогіка ІПБТ)

Permanent URI for this communityhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/14580

ENG: Department of Iron and Steel Metallurgy (Dnipro Metallurgical Institute, DMetI)

Browse

Now showing 1 - 40 of 99

Application of Biomass Pellets for Iron Ore Sintering
(Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, 2021) Kieush, Lina; Koveria, Andrii; Qiao Zhu, Zuo; Boyko, Maksym M.; Sova, Artem; Yefimenko, Vadym
ENG: Purpose. The use of biomass as fuel might solve several technological and environmental issues and overcome certain challenges of sinter production. In particular, as revealed by comprehensive analyses, biomass can be used as fuel for iron ore sintering. In this study, we investigate the use of some raw and pyrolysis-processed biomass pellet types, namely wood, sunflower husks (SFH), and straw, for iron ore sintering. In the experiments, the pyrolysis temperature was set to 673, 873, 1073, and 1273 K, and the proportion of biomass in the fuel composition was set to 25%. It was established that the addition of biofuels to the sintering blend leads to an increase in the gas permeability of the sintered layer. The analysis of the complex characteristics of the sintering process and the sinter strength showed the high potential of wood and sunflower husk pellets pyrolyzed at 1073 and 873 K, respectively, for iron ore sintering. The analysis of the macrostructure of the sinter samples obtained using biomaterials revealed that with higher pyrolysis temperatures; the materials tend to have greater sizes and higher amounts of pores and cracks. The composition analyses of the resultant sinters revealed that with higher temperature, the FeO content of the sinters tends to increase.
Assessment of Soft Skills and Development of Human Resource Management in the Labour Market Competitiveness
(Institute of Market Problems and Economic-and-Ecological Research of the National Academy of Sciences of Ukraine, Odesa, 2025) Furxhiu, Nevila Koçollari; Mulita, Reis; Luchaninova, Olha P.; Harbar, Zhanna
ENG: Introduction. Soft skills are critical and directly affect job performance, adaptability, and the ability to innovate. Soft skills such as creativity, emotional intelligence, critical thinking, and interpersonal interaction increase adaptability to innovation. Readiness for continuous learning and retraining through soft skills is crucial for professional success and competitiveness in the labour market. Aim and tasks. This study comprehensively examines the impact of soft skills on professional competitiveness in the labour market. It develops a multi-level system for assessing these skills, with recommendations for their development in human resource management. Results. The study highlighted the most in-demand skills based on feedback from academics and employers: responsibility (18.2%), creativity (18.9%), communication skills (17.3%), self-organisation (17.2%), emotional intelligence (15.9%), and leadership (12.5%). The content analysis confirms a certain degree of research into job seekers’ demand for soft skills in the labour market. This emphasises its relevance in higher or professional education settings. The employee competitiveness index (ECI) is a composite indicator that integrates the key characteristics of soft skills and amounts to 0.75%. The structural model of the study allowed us to estimate the impact of soft skills on labour productivity both directly and through employment and market demand. In the model, soft skills accounted for 18% of the variance in employment and 30% in market demand, with both indicators exerting significant effects on productivity (β = 0.32 and β = 0.29, respectively). Conclusions. The soft skills of modern specialists indicate their competitiveness in the labour market. The criteria and indicators of soft skills (communication, emotional intelligence, creativity and analytical thinking, flexibility and adaptability, self-organisation and productivity, leadership and management skills) are highlighted, emphasising the vectors for developing these skills. The presence of soft skills increases a specialist’s competitiveness and serves as an indicator of this competitiveness. The development of soft skills increases the competitiveness of employees and contributes to efficiency growth. However, a limitation was identified: some organisations were reluctant to disclose training results, which requires further study.
Characterization of Thermophysical Properties and Crystallization Behavior of Industrial Mold Fluxes
(MDPI, Basel, Switzerland, 2025) Bellé, Matheus Roberto; Yehorov, Anton; Chebykin, Dmitry; Zotov, Dmytro; Volkova, Olena
ENG: This study explores the thermophysical properties and crystallization behavior of two industrial Mold Fluxes (MF1 and MF2) used in continuous steel casting. Viscosity, density, and surface tension were measured using the Rotating Bob Viscometry (RBV) and the Maximum Bubble Pressure (MBP) method, while crystallization dynamics were assessed via the Single Hot Thermocouple Technique (SHTT). Both fluxes showed temperature-dependent viscosity with distinct break temperatures influenced by chemical composition. MF1 had higher viscosity and activation energy (127.72 kJ mol−1) than MF2 (112.11 kJ mol−1) due to its higher Al2O3 content. Density and surface tension decreased linearly from 1523 to 1623 K, with values of 2642–2618 kg m−3 and 299–291 mN m−1 for MF1, and 2708–2656 kg m−3 and 348–305 mN m−1 for MF2. Crystallization analysis showed that MF1 required higher cooling rates (critical cooling rates: 21 K s−1 vs. 18 K s−1 for MF2) for glass formation, highlighting its greater glass-former content.
Coordinated Control of the Composition of 01yut Steel and Deformation Processing Modes to Achieve Specified Mechanical Properties
(National Metallurgical Academy of Ukraine, Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2024) Velychko, A. G.; Kamkin, V. Yu.; Proidak, Yurii S.
ENG: Purpose: to investigate the influence of the chemical composition of steel on the output from the chipboard and to establish rational parameters of deoxidation and deformation to ensure the specified values of mechanical properties. Methods: physicochemical modeling, thermodynamic calculations, experimental studies. Results: the carbon content and the degree of oxidation of the semi-finished product from the electric furnace for further vacuum treatment to obtain low-carbon steel were determined. With an increase in the oxygen flow rate supplied to the chipboard and exceeding the value required for the stoichiometry of fuel combustion reactions, the oxidation of the semi-finished product increases. To avoid the formation of calcium silicates, it is necessary to have an active oxygen content below 2.5 ppm, which is ensured by the residual content of dissolved aluminum in steel of 0.025-0.027%. Scientific novelty: The use of complex deoxidizers in steel production allows using the synergistic effect of the joint deoxidizing action of deoxidizing elements. The use of the methodology of physicochemical modeling made it possible to effectively solve the problem of predicting the properties of steel. To study the influence of modifier elements, as well as the main alloying components, a number of parameters characterizing the state of the alloy as a whole (Zу, d) were calculated. Based on information on the significant influence of the chemical composition of the steel on its properties, a database of 150 compositions was prepared to determine the optimal composition of ultra-low-carbon steels of the 01ЮТ, 01ЮТА type by the method of physicochemical modeling. Based on the calculations, the concentrations of elements for steels of the 01ЮТ and 01ЮТА grades were selected.
Criterion Assessment of the Efficiency of Injection Equipment during the Injection of Powdered Ferroalloys
(Ternopil Ivan Puluj National Technical University, 2022) Niziaiev, Kostiantyn H.; Khotiun, Vadym I.
ENG: The purpose of the work is determining the efficiency of injection equipment with the injection of ferroalloys of different fractional composition, density and flow deep into the iron-carbon melt, taking into account the parameters of injection equipment (length and diameter of the pipeline and pressure in the powder-feeder). The analytical review of the literature is performed, which confirmed the advantage of powder injection in a teeming ladle compared to traditional technologies of deoxidation and alloying. Based on known mathematical models adapted to specific technological conditions, mathematical modeling is carried out, which takes into account a number of important parameters for technology, including fractional composition, density and consumption of powder ferroalloy, taking into account the parameters of injection equipment. The optimal diameter of the pipeline is determined. Nomograms of the lowest level of carrier gas consumption are designed. With the help of nomograms, it is possible to control the operation mode of injection equipment in obtaining pulsationless transportation of gas-powder mixture depending on the ferroalloy fraction, its flow rate and density, taking into account the diameter of the pipeline. Based on the results of mathematical modeling, the criterion for assessment the efficiency of injection equipment has been deduced, that makes it possible to determine quickly the pulsationless transport of gas-powder mixture depending on the fraction of powder reagent and pipeline diameter. The consumption of carrier gas depending on the fraction of powder reagent and the diameter of the pipeline, which can be used to control the operation mode of injection equipment in order to obtain pulsationless transport of gas-powder mixture has been determined.
Determining Changes in the Temperature Field of a Graphitized Hollow Electrode During Metal Processing Periods in Ladle-Furnace
(РС Тесhnology Сеntеr, Kharkiv, Ukraine, 2021) Ruban, Volodymyr O.; Stoianov, Oleksandr M.; Niziaiev, Kostiantyn; Synehin, Yevhen V.
ENG: This paper reports an analysis of the process of heating a graphitized hollow electrode (GHE) during steel processing in ladle-furnace. The results of the numerical modeling of electrode operation are given. The data on the temperature field of the electrode were obtained when electricity was supplied and during periods without electrical loading. Values of the Joule heat released at electrode operation during the periods of metal heating in ladle-furnace were calculated; they amounted to 1.11–1.15 MW/m3. Coefficients of the heat transfer by convection have been calculated for the inner and outer GHE surface: 1.60 and 1.80, and 5–17 W/(m2∙°C), respectively. Values of the electrode temperature gradient in the high-temperature zone were obtained, which, for the first heating period, reached 8,286 °C/m, for the third ‒ to 6,571 °C/m. It was established that during the cooling periods of the electrode, the temperature gradient is significantly reduced and amounts to the inner surface of 379 °C/m; to the outer surface ‒ 3,613 °C/m; the vertical plane to the end of the electrode ‒ 1,469 °C/m. The directions to improve the installation’s thermal work and reduce its resource intensity during out-of-furnace processing of steel have been defined. It has been determined that during the periods of electrode operation with current supply, significant values of the temperature gradient are observed, which are concentrated in the end part. During the periods of operation without current supply, a locally overheated zone forms, taking the shape of a torus flattened along the axis, which is created as a result of the accumulation of heat from the preceding period. The data have been acquired on the effect exerted by the gas supply through a hollow electrode on the parameters of formation of the high-temperature GHE regions. It has been shown that the supply of neutral gas through a graphitized hollow electrode at a flow rate of 0.05 m3/min shifts the high-temperature zone to the periphery by 3.5–4.2 mm, as well as reduces its height by 1.0–1.2 mm. The study reported here could make it possible to calculate expedient gas and material consumption for controlling the oxidation of metal and slag, to reduce the consumption of graphitized electrodes, to bring down energy- and resource costs for metal production.
Determining the Heat and Mass Transfer Patterns in the Tundish of a Continuous Casting Machine
(TECHNOLOGY CENTER PC, Kharkiv, 2025) Terekhov, Dmytro A.; Ruban, Volodymyr O.; Stoianov, Oleksandr M.
ENG: This study’s object is the thermal state of the tundish ladle in a continuous billet casting machine, aimed at prolonging the duration of the series of melts. This paper reports the numerical modeling of the heat and mass transfer processes in the tundish ladle of a continuous billet casting machine (CCM). The model takes into account the hydrodynamics of liquid steel, as well as the temperature distribution in the multilayer lining and the ladle casing; it also makes it possible to predict local wear of the lining based on the analysis of the technological parameters of the process and the chemical composition of steel. Special attention is paid to the study of the temperature and turbulent characteristics of the flow, the residence time of the steel in the ladle, and the influence of its composition on the intensity of destruction of the lining layers. The results make it possible to localize critical areas of thermal and mechanical overload of the ladle lining, in particular the contact zones of the liquid steel jet and the wall areas near the turbos tops, where the following are recorded: shear stress up to 275 Pa; turbulent kinetic energy over 0.14 m2/s2; and metal temperature up to 1830 K. The local wear map built shows the distribution of the lining erosion rate within 2.4–4.3 mm/h depending on the hydrodynamic and chemical conditions. The predictive model combines CFD parameters, the chemical composition of steel, and the pouring speed, which showed high accuracy confirmed by the coefficient of determination R2 = 0.99937. A feature of the result is the comprehensive combination of local flow conditions and steel composition with the erosion model, which has made it possible to give engineering-based recommendations for optimizing the ladle operating modes. The developed predictive model of liner wear rate could be used to monitor its condition, improve ladle operating modes, and increase the reliability of the continuous casting process.
Determining the Impact of Different Types of Biofuels on the Quality of Iron Ore Pellets
(РС ТЕСHNOLOGY СЕNTЕR, Kharkiv, 2024) Yefimenko, Vadym; Boyko, Maxim M.; Zhuravlova, Svitlana V.; Marko, Anatolii; Tanchev, Oleksandr; Dutniy, Ruslan
ENG: The object of this study is the process of roasting iron ore pellets. The study solves the task of replacing fossil fuel with plant-based fuel in order to reduce environmental load and ensure the stable quality of pellets, which is necessary for use in blast furnaces. The influence of biofuel content at a given temperature and air speed on the strength of pellets after roasting was studied. As a result of the research, it was established that the fuel content has a decisive effect on the strength of pellets. Among all types of fuel that were investigated, pellets with the addition of sunflower husks and wood had the highest strength that meets the requirements for blast furnace melting of 200 kilograms. The use of wheat straw and charcoal does not make it possible to completely replace solid fuel in the layer of pellets. The results show that the use of up to 0.36 % of sunflower husk makes it possible to increase the strength of burned pellets compared to samples without biofuel content. Adding all other considered types of fuel reduced the strength of the pellets. These results are explained by the different content of lignin, cellulose, and hemicellulose, which determines the characteristics of the biomass. The high content of cellulose and hemicellulose allows for high hydrophilicity due to the high number of OH groups and positively affects the formation of raw pellets. Volatile substances released during the combustion of biofuel contribute to the formation of spherical pores, as well as their uniform distribution, which prevents the propagation of cracks under load. Research results make it possible to establish the optimal roasting mode, decrease harmful emissions, and bring down costs by reducing fossil fuel consumption.
Didactic Aspects of Distance Learning in the Conditions of Pandemic and Martial Law
(Dnipropetrovsk State University of Internal Affairs, Dnipro, Ukraine, 2022) Galushko, Olena; Kovalenko-Marchenkova, Yevheniia; Chistyakov, Volodymyr G.
ENG: The article deals with the topical issues of improving the effectiveness of the educational process in higher educational institutions in the conditions of a pandemic and martial law. The evolution of distance learning is considered. Peculiarities of the remote form of education, which functions on the basis of modern psychological and pedagogical and information and communication technologies, have been studied. The peculiarities of the organization of the educational process in higher educational institutions in the context of the pandemic and martial law were analyzed, in particular didactic aspects of the educational process in conditions of danger and increased stress. Special attention is paid to the psychological state of students and ways of reducing stress and activating their attention on the educational process, taking into account the types of information perception (audio, visual, kinesthetic, digital). Ways to improve the distance learning process in the conditions of a pandemic and martial law are proposed.
Energy and Technological Modelling of Metallurgical Processes from Out-of-Furnace Iron Processing to Continuous Casting
(Baltija Publishing, Riga, Latvia, 2023) Stoianov, Oleksandr M.; Petrenko, Vitalii O.; Niziaiev, Kostiantyn G.
ENG: Purpose. Conducted energy-technological modeling of steelmaking processes. It is shown that at different stages of steel production, the increase in energy intensity of steel differs significantly and depends on the chosen technology, equipment and materials used. It has been established that for modern methods of off-blast refining of cast iron, the least energy-consuming technology is the use of mixtures based on lime and magnesium. For the oxygen-converter process, liquid cast iron contributes the largest increase in energy consumption, and for conditions of non-furnace processing of steel, the consumption of electricity for heating the metal. An assessment of the impact of the speed of steel pouring on the MBLZ and the carbon content in the metal on the energy costs of the process is also given.
Improving the Cleanness of Low-Carbon Tube Steel Under Steel Plant Conditions
(John Wiley & Sons Ltd., 2026) Zotov, Dmytro; Niziaiev, Kostiantyn H.; Uzlov, Oleg; Puchykov, Oleksandr
ENG: Reducing the number of nonmetallic inclusions in high-quality steel rolled products is of great importance for all steel plants. One of the ways to decrease the size and quantity of alumina and silicate nonmetallic inclusions could be suppressing their formation during steel tapping from the BOF converter to the ladle. This could be achieved by changing part of the aluminum for alternative deoxidizers which do not remain in crude steel. Steel deoxidation with the help of calcium and carbon compounds may allow for a drastic decrease in the quantity of alumina nonmetallic inclusions because of the positive effect on their solubility in liquid steel as well as redundant oxygen removal as a gas in CO and CO2 compounds. Another way to eliminate endogenous Al and Si inclusions is to create favorable thermodynamic conditions to maximize the transfer of nonmetallic inclusions into slag during subsequent ladle furnace treatment. Establishing an optimum range of slag basicity may allow to suppress the harmful spinel inclusions. The effect of calcium carbide preliminary deoxidation during pouring of the semifinished product from BOF converter on the content of nonmetallic inclusions in flat-rolled product has been analyzed. It has been shown that partial replacement of aluminum with calcium carbide during deoxidation of crude steel by BOF tapping together with liquid slag basicity control during ladle furnace treatment allows to reduce content of nonmetallic inclusions in low-carbon steel.
Influence of an Electromagnetic Field on Direct Reduction of Iron Oxide Using Hydrogen as a Reducing Agent
(Wiley-Blackwell, USA, 2026) Levchenko, Mykyta; Gryshyn, Oleksandr M.; Velychko, Oleksandr H.; Grek, Oleksandr S.; Nadtochiy, Anzhela A.; Volkova, Olena
ENG: This work investigates the effect of electromagnetic fields (EMF) of varying frequencies on the reduction process of iron oxides and industrial iron ore in a hydrogen atmosphere using thermogravimetric analysis. Both extremely low-frequency (50 Hz) and middle-frequency (25 kHz) EMFs were found to increase the reduction degree and accelerate the reduction reaction compared with experiments without EMF. The application of extremely low-frequency EMF did not cause additional thermal heating of investigated samples. However, with middle-frequency EMF, heating of charged material was observed, which was effectively compensated for by the furnace's automatic power regulation. Experiments with industrial iron ore confirmed that EMF application had a positive effect on reduction process even above the Curie temperature, indicating that the effect is not governed by magnetic properties of iron. These findings demonstrate that EMF-assisted hydrogen reduction can enhance reaction kinetics and reduce hydrogen consumption, offering a promising pathway toward more energy-efficient and sustainable steelmaking.
Influence of Biocoke on Iron Ore Sintering Performance and Strength Properties of Sinter
(Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, 2022) Kieush, Lina; Koveria, Andrii; Boyko, Maksym M.; Yaholnyk, Maksym V.; Hrubiak, Andrii; Molchanov, Lavr; Moklyak, Volodymyr
ENG: Purpose. The research purpose is to substantiate the use of biocoke as a fuel in the iron ore sintering, as well as its influence on the performance and properties of the resulting sinter. To completely replace conventional coke breeze, biocoke is produced using 5 wt.% biomass wood pellets at different carbonization temperatures of 950 or 1100°C. Further, the influence of biocoke on the sintering process and the sinter quality is studied at a high proportion of biomass pellets of 10, 15, 30, 45 wt.% and a carbonization temperature of 950°C. Methods. Carbonization is performed in shaft-type electric furnaces to produce laboratory coke or biocoke. Afterward, the sintering of iron ores is conducted on a sinter plant. To assess the sintering process and the quality of the resulting sinter, the filtration rate is determined on a laboratory sinter plant using a vane anemometer designed to measure the directional flow average velocity under industrial conditions. The sinter reducibility is studied using a vertical heating furnace to assess the effect of coke and biocoke on the sinter’s physical-chemical properties. Findings. It has been determined that biocoke, carbonized at a temperature of 950°C, has good prospects and potential for a shift to a sustainable process of iron ore sintering. Originality. It has been proven that biocoke with a biomass pellet ratio of up to 15 wt.%, obtained at a temperature of 950°C, does not affect the parameters characterizing the sintering process. The sinter strength indicators correspond to the use of 100 wt.% conventional coke breeze. Biocoke used with a high proportion of biomass pellets of 30 and 45 wt.% causes a deterioration in the sinter quality. Practical implications. The results of using biocoke with the addition of 5-15 wt.% biomass pellets and at a temperature of 950°C are within the standard deviation, which makes it possible to use biocoke with 15 wt.% biomass pellets instead of industrial coke breeze.
International Comparison of Impuritiesmixing and Accumulation in Steel Scrap
(International Society for Industrial Ecology, Blackwell, 2022) Panasiuk, Daryna; Daigo, Ichiro; Hoshino, Takeo; Hayashi, Hideo; Yamasue, Eiji; Tran, Duc Huy; Sprecher, Benjamin; Shi, Feng; Shatokha, Volodymyr
ENG: The accumulation of impurities in the recycling of steel impacts the quality of secondary steel. Understanding impurity levels is crucial in the context of the proliferation of circular economy policies, expected high recycling rates, and growth of scrap consumption. By assuming the accumulation of impurities to be equal worldwide, the understanding of the extent and variation of the mixing and accumulation was limited in previous studies, and the factors influencing those variations were not considered. This is a first cross-national comparison of impurity accumulation in recycled steel. In this study, the copper, tin, nickel, chromium, and molybdenum content was analyzed in over 500 samples of electric arc furnace rebars from China, Japan, Vietnam, Ukraine, and the Netherlands (representing northwestern Europe) with an optical emission spectrometer. The impurity content in rebars represents the content of impurities accumulated in steel scrap in the countries studied. The measured content of impurities was then used to determine the factors influencing the accumulation of those impurities. It was revealed that the recycling technology, the presence of a market for recovered metals, the quality of the material input, steelmaking practices, and the management of byproducts derived from a legislative or economic context played a role in the impurities content. By communicating on scrap chemical content, the collaboration between the recycling and steel industries could be enhanced in terms of matching the demand and supply and facilitating an increase in the scrap share in steelmaking.
Investigating Cavity Formation in an Electric Arc Zone During Out-of-Furnace Processing of Steel
(PC TECHNOLOGY CENTER, Ukraine, 2023) Ruban, Volodymyr O.; Stoianov, Oleksandr M.; Niziaiev, Kostiantyn H.; Synehin, Yevhen V.; Zhuravlova, Svitlana V.; Malii, Khrystyna V.
ENG: The object of this study is the interaction zone between a graphitized hollow electrode (GHE) and a metal bath on the «ladle-furnace» installation. The regularities of the formation of the geometric parameters of the hole were established for the purpose of further evaluation of the heat exchange under the electrode in the arc combustion zone under different operating conditions of the «ladle-furnace» installation. An experimental methodology was devised, and a laboratory setup was built for physical simulation on a cold model. The values of the geometric parameters of the cavity formed by the electric arc discharge in the sub-electrode zone were calculated. In particular, the area of the curved surface of the cavity is about 0.2 m2 at a depth of 40 mm. The regularities of formation of the geometry of the cavity during gas injection through the GHE channel have been established, in particular with regard to the area and depth of the cavity. Thus, with a gas consumption of 3–20 m3/h and a slag cover height of 100 mm, the area reaches 0.28–0.5 m2, while the depth of the cavity ranged from 5 cm to 19 cm, respectively. Rational flow rates of gas supplied through the channel of the graphitized hollow electrode were established, which for a slag cover of 100 mm are 3–6 m3/h and for a slag cover of 200 mm – 6–10 m3/h. The peculiarities of the formation of a metal cavity in the sub-electrode zone under the conditions of gas supply through the channel of a graphitized hollow electrode during out-of-furnace processing of steel at the «ladle-furnace» installation were investigated. The patterns of the formation of the geometry of the cavity in the arc combustion zone, which were obtained using cold modeling, could subsequently make it possible to perform calculations of heat transfer from the electric arc discharge to the metal bath. That will also make it possible to determine the share of heat absorbed by slag and metal under the conditions of using a conventional electrode, and a hollow one with gas supply through its channel during out-of-furnace processing of steel at the «ladle-furnace» installation.
The Investigation of the Thermal Performance of the Graphitized Hollow Electrode in the "Ladle-Furnace" with the Supply of Neutral Gas
(Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2023) Ruban, Volodymyr O.; Stoianov, Oleksandr M.
ENG: The article presents an analysis of heat transfer efficiency from an electric arc discharge formed in the sub-electrode zone to a metal bath under different operating conditions of the “ladle-furnace” (LF). A numerical modeling methodology has been developed, and the obtained data have been analyzed to determine the heat transfer efficiency with the supply of neutral gas through a graphitized hollow electrode (GHE). The objective of this study is the numerical modeling of the influence of changing the geometric parameters of the metal bath cavity formed by gas injection through the channel of the graphitized hollow electrode on the heat transfer efficiency from the electric arc to the metal bath at different thickness of the slag cover in the “ladle-furnace”. Research methods. Numerical modeling of the heating of the metal bath was performed on a developed 3D model of a steel ladle with liquid metal and a cavity zone formed under the action of an electric arc and gas supplied through the channel of the graphitized hollow electrode. Heating was conducted under different geometric parameters of the cavity and varying heights of the slag cover. The obtained data were analyzed, indicating the advantage of using the graphitized hollow electrode with gas supply through its channel compared to a conventional electrode. Results obtained. The share of heat absorbed by the slag and metal under the conditions of using a conventional electrode and a hollow electrode with gas supply through its channel was determined. The influence of the parameters of the reaction zone formed under the GHE on the heat transfer from the electric arc to the metal bath was determined, with maximum temperature increase values of the metal amounting to 0.6 ºC/min. Scientific novelty. New data were obtained regarding the influence of neutral gas supply through GHE on the amount of heat transferred to the metal by convection, and indicators of the heat flux density from the electric arc to the metal cavity in the sub-electrode zone were determined. Practical significance. It was determined that increasing the area of the metal cavity by supplying gas through the GHE channel improves the heat transfer from the electric arc to the metal bath. Meanwhile, increasing the thickness of the slag cover reduces heat losses to the furnace atmosphere. The carried out research provided important data regarding the thermal performance of the "ladle-furnace" in the sub-electrode zone, which can be further utilized for process optimization.
Metallurgical Processing of Converter Slag
(Satbayev University, Institute of Metallurgy and Ore Benefication, Kazakhstan, 2021) Tleugabulov, S. M.; Aitkenov, N. B.; Zhabalova, G. G.; Velichko, Aleksandr; Uleva, G. A.
ENG: Converter slurries at modern metallurgical plants represent a significant part of metal-containing industrial waste with a high concentration of iron. Currently, there is a problem of their utilization and use as raw materials for metallurgy. The purpose of this work is to study the processes of briquetting and recovery of briquetted products, based on a mixture of converter slurries of gas purification and converter slags. When performing experimental studies on the preparation of sludge briquettes from a mixture of converter sludge of gas purification and converter slag, their metallization and reduction melting in laboratory conditions, the optimal composition of the components of the mixture of converter slag and gas purification sludge was determined by the percentage of iron, which is appropriate for use as a raw material for steel smelting. Experimental studies on the preparation of sludge-coal mixtures from dispersed metal-containing and carbon-containing industrial waste with stoichiometric coal consumption for the recovery of extracted metals have proved the possibility of obtaining sludge-coal briquettes, which are further subjected to metallization and reduction melting. Sequential processing of dispersed production waste, namely drying, metallization and reduction melting, allowed us to obtain at the final stage a metal sample that corresponds to high-quality steel in its composition. Based on the analysis of the results of experimental studies, the technology of reducing melting of metal-containing waste has been developed. As a result of the implementation of the technology, high-quality steels and alloys can be obtained without carburizing the metal, bypassing the production stages of cast iron and high-carbon alloys. The content of harmful impurities of sulfur and phosphorus meets the technical requirements of high-quality steel. The proposed technology for processing slag and sludge from oxygen-converter production will reduce the volume of accumulated production waste.
The Organization of Iron Ore Agglomerate and Pellets Production with Reduced Environmental Impact
(Baltija Publishing, Riga, Latvia, 2023) Boiko, Maksym M.; Petrenko, Vitalii O.
ENG: Purpose. The steady rise in the cost of traditional energy resources and their negative impact on the environment is leading to an increase in the share of renewable energy sources worldwide. The use of biomass for energy generation based on modern technologies is environmentally safer compared to the energy use of traditional organic resources such as coal. A significant reserve for increasing the use of energy from biomass is concentrated in the metallurgical industry, including the production of pelletised iron ore. Research has been carried out to study the impact of different types of biomaterials on the sintering process of iron ore and the quality of the resulting sinter. The study found that, provided that the process performance and sinter quality are maintained at the appropriate level, it is possible to replace up to 25% of coke fines with charcoal and up to 50% with walnut shells. An analysis of the use of sunflower husks as an alternative fuel was carried out by adding them to the already installed pellet firing system for the grate-tubular kiln-ring cooler installation. It was found that when replacing up to 50 % of natural gas with sunflower husks, the quantitative and qualitative indicators of pellet production remained at the baseline level.
Oxygen Distribution between Phases during Ladle Processing of Aluminum Killed Bof Steels
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Boychenko, Serhii; Kirilenko, Yana; Stoianov, Oleksander M.; Niziaiev, Kostiantyn H.; Synehin, Yevgen V.; Sukhovetskyi, Serhii V.
ENG: The modern state of secondary metallurgy is characterized by the sustainable development of technologies that ensure high metal quality by reducing the number of non-metallic inclusions, the which is closely related to the oxygen content in steel after smelting. Therefore, the issues of regularities of oxygen distribution between phases at the stage, BOF - CCM. Purpose. The aim of the research was to determine the conditions of redistribution of oxygen dissolved in the metal depending on the stages of steel processing, to determine the degree of approach of deoxidation processes to thermodynamic equilibrium. Methodology. Research was carried out in industrial scale. Steel grades 34Cr and 36CrB were smelted in BOF of 170–t capacity. Processing of crude steel was carried out in a LF unit with further vacuum degassing and without it and transfer of steel to CCM. At each stage of steel treatment, metal and slag samples were taken using an automatic sampler to determine the chemical composition, and the temperature. Oxygen content were monitored using a "Celox" analyzer. Findings. The carried-out studies showed that before the end of metal processing in the ladle, it is possible to detect individual reoxidation processes caused by unwanted ingress of oxygen from the air and from ladle slag oxides. According to calculations, in the second half of processing in the ladle and during casting, there is a slight deoxidation of steel with aluminum due to a decrease in temperature. Even if during this time due to the exchange reaction between steel and slag, a small amount of Mn and Si is recovered from the ladle slag, while its composition is practically constant throughout the period of steel processing in the ladle, while the metallurgical reactions proceed in the region of thermodynamic equilibrium. Originality. It has been determined that oxygen activity in steel varies unevenly over time and decreases to 3 ppm by the end of treatment in the ladle. While in each case it is in the Fe – a[O] – Al system near the calculated values of thermodynamic equilibrium. Practical value. The use of the obtained regularities makes it possible to obtain the specified content of aluminum in steel for the studied assortment and to predict the burning of deoxidizers and alloying elements, ensuring the reliability of obtaining the required chemical composition of steel with a high degree of purity.
Phosphorus Partition in an Industrial Basic Oxygen Furnace Process in Ukraine
(Wiley-VCH GmbH, Weinheim, 2024) Volkova, Olena; Tinkova, Nataliia; Onaa, Rapuruchukwu Ifeyinwa; Neubert, Lukas; Niziaiev, Kostiantyn H.; Zotov, Dmytro
ENG: Phosphorus partition data from Ukrainian integrated steel plants are analyzed, focusing on the influence of parameters such as the basicity (CaO/SiO2), optical basicity, tapping temperature, and the contents of (FeO), (MgO), and (Al2O3) in the slag. It is found that the phosphorus partition decreases with increase in tapping temperature and increases with the optical basicity. An increase in the phosphorus partition (P)/[P] followed by a decrease with increase of (CaO/SiO2) are observed. It is found that the optimal value, break point at which phosphorus partition changes its dependence to opposite, has a direct dependence on tapping temperature. At (CaO/SiO2) = 1.9–2.1, (P)/[P] increases linearly with increasing (FeO). However with higher value of (CaO/SiO2) the breaking point when (P)/[P] starts to decrease with increase in (FeO) is noticed. Thereby the optimal value of (FeO) decreases with increasing tapping temperature. In case of (Al2O3) there is only decreasing of (P)/[P] with all (CaO/SiO2) and tapping temperatures. Moreover, the effect of (MgO) varies with (CaO/SiO2). These industrial results are supported by thermodynamic simulations using FactSage 8.1 and aligned with existing results from the literature.
Physical Model of Influence of CaO-FeO-SiO2 Powder Fraction on the Heat Transfer from Torch
(Publishing House “Akademperiodyka”, 2022) Molchanov, L. S.; Golub, T. S.; Synehin, Yevhen V.; Semykin, S. I.
ENG: Introduction. One of the main ways of heat transfer in metallurgical units is the interaction of the charge with a burning gas torch. The heat is transferred from the torch mainly by radiation. In particular, oxygen converter process under its typical temperature and chemical conditions of oxidation processes is accompanied by combustion reactions with the formation of a torch both in the cavity of the converter (in the so called reaction zone) and above the converter neck as a result of partial post-combustion of exhaust gases leaving the unit. Problem Statement. The processes in metallurgical units are accompanied by significant smoke and dust, which affect the efficiency of heat transfer from the torch of exhaust gases post-combustion to the metal bath that is an additional source of heat in the converter process. Purpose. The purpose of this research is to study the influence of the introduction of solid powder components into the environment around the torch on its heat transfer. Materials and Methods. The research has been carried out on the physical model of a burning torch when CaO-FeO-SiO2 system powders are fed into the torch in air flow. The magnitude of the heat flow density has been estimated on the basis of the registered temperature difference in different parts of the model. Results. It has been established that the feed of air or any solid material at a temperature much lower than the torch temperature has a negative effect on heat transfer from the torch by radiation. However, the total heat flow density is not significantly reduced due to the possible involvement of heated solids in other heat transfer methods. For the CaO-FeO-SiO2 system, the share of silicon dioxide powder as a component with the highest heat capacity has the greatest negative effect on the heat transfer from the torch. Conclusions. The studies based on the physical model have allowed us to qualitatively assess the effect of dustiness of the components of CaO-FeO-SiO2 system of the burning torch environment on its heat transfer and on the contribution of different heat transfer methods from the torch to the total heat flow density in given conditions.
Physico-Chemical Justification and Experimental Verification of a Waste-Free Method of Oxidative Dephosphorization of a High-Phosphorus Manganese Alloy
(National Metallurgical Academy of Ukraine, Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2024) Kamkina, Liudmyla V.; Velychko, K. A.; Velychko, A. G.; Jiang, Zhouhua
ENG: The purpose of the study: physicochemical justification of the process conditions and development of a rational algorithm for a single-stage waste-free method of oxidative dephosphorization of a high-phosphorus manganese alloy. Methods: thermodynamic analysis of the main reactions during oxidative refining of manganese alloys with a high phosphorus content. Experimental verification of the main stages of refining. Results: The physicochemical essence of the refining process of a high-phosphorus manganese alloy, which consists in creating conditions for oxidation in the alloy of manganese, carbon and silicon, is considered. The thermodynamic forecast of the course of reactions under the given conditions of oxidative refining of the associated metal confirms the possibility of obtaining three products: low-phosphorus manganese slag, ferric melt and phosphorus-containing slag with a phosphorus oxide content of 18-20% (phosphorus fertilizer). Scientific novelty: Based on the results of high-temperature mathematical modeling, it was established that the most rational oxygen consumption, which ensures the achievement of the tasks, is ~ 13 m3. As an oxidant, it is advisable to use oxygen blown by air, which is introduced into the converter bath using an inflatable nozzle from above. In this case, the total air consumption per 100 kg of alloy should be about 50 m3. Practical value: In the work, based on the thermodynamic forecast of the behavior of the elements of the accompanying alloy in oxidizing conditions, assessment of the thermal side of the process and further experimental verification, results were obtained that confirm the possibility of creating a waste-free technological scheme for refining a high-phosphorus alloy. In this case, it is advisable to carry out the refining of the alloy in conditions close to the conditions of modern production of low-phosphorus manganese slag, in which the temperature of the accompanying alloy is 1320...1350°C.
Possibilities of Using Alkaline Earth Bentonite Clays of Cherkasy Deposit in Pellet Production Processes
(Universitas Publishing, Petroșani, Romania, 2022) Zhuravlev, F. M.; Chuprinov, E. V.; Tarakanov, Arkadij Konstantinovich; Kassim, D. O.; Lyakhova, I. A.
ENG: Objective: to analyze and determine the potential of alkaline earth bentonite clays of Ukraine for use as a binder in the production of iron ore pellets. Methods: performing rheological studies of bentonite clay samples and their chemical analysis, electron microscopic studies of samples. Results: the analysis of the chemical composition and requirements for the rheological characteristics of bentonite clays used in the production of iron ore pellets at metallurgical enterprises of Russia and Ukraine is carried out. The swelling indicators and water absorption of monoionic forms of bentonites of some deposits in water of different hardness are given. The quality of pellets with bentonites, that have a different exchange complex, during an industrial water of various hardness usage is examined. The analysis of the mineralogical and chemical composition, as well as the size and composition of the exchange complex of alkaline-earth bentonite clays of the Cherkasy deposit (Ukraine), which has the largest reserves of such clays in the CIS is carried out. It is shown that clays suitable for the production of pellets are located near the surface of the earth. A comparative analysis of the strength characteristics of pellets using bentonites with an alkaline and alkaline-earth exchange complex is presented. Comparative tests of pelletizing of charges with different humidity and with the addition of 0.5% alkaline bentonite and a mixture of clays of the IV and II layers of the Cherkasy deposit have been carried out. It is shown that with increasing humidity in granules with both types of binders, the dynamic strength, porosity and temperature of the “impact” of granules increase with a minimum difference in the absolute values of indicators with different binders.
Production of Iron Ore Pellets by Utilization of Sunflower Husks
(Technical University of Košice, Slovakia, 2021) Kieush, Lina; Boyko, Maksym; Koveria, Andrii; Yaholnyk, Maksym; Poliakova, Natalia
ENG: Steel production is the most dynamic industry and one of the key sectors for developing the global economy. The growing iron ore production increases its beneficiation and granulating for subsequent iron and steel production use. As a result, CO2 emissions and harmful substances increase, negatively affecting society and the environment. In this regard, it is important to study the use of biomass for the production of iron ore pellets. Lignocellulosic biomass is a renewable and sustainable source of heat and energy that can mitigate climate change. The influences of alternative fuel use on technological indicators of the process and quality of iron ore pellets have been analyzed. The efficiency of using 40.4-60.7 vol.% of sunflower husks on the combined machine “straight grate - rotary kiln - annular cooler” to partially replace natural gas in iron ore pellets production under industrial conditions has been studied. It was found that the combustion of sunflower husks generates enough heat (19.31 MJ kg−1) to obtain iron ore pellets with good strength. After evaluating the parameters of the combined machine and the quality of the resulting pellets, it was determined that it would be rational to replace up to 48.3 vol.% of natural gas with crushed sunflower husks.
Slag Parameters and Sulphur Partition in Blast Furnace Hearth: Ukrainian Case and International Comparison
(Institute of Materials, Minerals and Mining, 2022) Shatokha, Volodymyr
ENG: Purpose. Blast furnace ironmaking usually requires maintaining a reasonable level of hot metal desulphurization; therefore, knowledge of the complex interplay between physical properties and desulphurization potential of slag is essential for the holistic approach to the operation. Several models for predicting sulphur partition between slag and hot metal based on sulphide capacity estimation have been studied in application to the Ukrainian blast furnace. Influence of an optical basicity, as well as of CaO/SiO2 and MgO/Al2O3 ratios on sulphur partition between slag and hot metal, was analysed. Attainment of the equilibrium partition was estimated in connection with Si content in hot metal. International comparison of blast furnace slags was conducted involving data for 25 steelworks from 16 countries covering composition, physical properties and desulphurization potential. Approaches to optimization of slag composition are discussed, considering the tradeoff between enhancing slag’s desulphurization capacity and keeping its physical properties favourable to smooth and productive operation.
The Social Subject in the Context of Modern Concepts of the Other
(İstanbul: Asos Eğitim Bilişim Danışmanlık Otomasyon Yayıncılık Reklam San. ve Tic. Ltd.Şti. (Özcan Bayrak, 2024) Palahuta, Vadym I.; Blikhar, Viacheslav; Kashchuk, Mariana
ENG: Purpose. The study is dedicated to the analysis of structuralist and poststructuralist concepts of the Other (Others) as the basis for the formation of social subjectivity and the subject’s identity. Theoretical basis. The authors proceed from the assumption that the conceptualization of the Other of traditional philosophical structuralism with his absolutization of the “process without a subject” imposes from the outside, sometimes unacceptable and alien to the subject identity. Scientific novelty. The authors prove the need for further research into multivariate concepts of the Other, which testify to a fairly complex process of subjectivation in the present, which takes place on an uncontrolled, unconscious level. Conclusions. The authors identified directions for further study of the problem of transformation and incorporation of concepts of the Other into modern social structures, which significantly modify the content and role of collective identity in the process of subjectivation of individuals, which becomes a promising topic for future research.
Study of the Designs of Bottom Blowing Devices for Oxidative Blowing in Teeming Ladles
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Molchanov, Lavr; Arendach, Natalia; Synehin, Yevhen V.
ENG: It is discussed in the article the concept proposed for the production of ultra-low carbon steel, which involves the production of crude steel in basic oxygen furnace followed by oxidative blowing with an oxygen-argon mixture in a teeming ladle to decrease a carbon content in steel to less than 0.03%. High efficiency of the proposed technology is possible only under the intensive process of metal decarburization, which consists of the three stages: supply of reagents to the gas bubble, chemical interaction of reagents on theinterfacial surface and removal of reaction products. At low carbon concentrations in the metal, the limiting link of the process is carbon mass transfer to the interfacial surface, which can be intensified by melt stirring. The objective of this article is to study the influence of design of the blowing devices, namely, the position and shape of the pores, on the efficiency of metal homogenization in the teeming ladle. Blowing devices with a circular hole, a slit and undirectional porosity were considered. To perform physical simulation by Buckingham's theorem, similarity numbers were chosen to describe the considered process. In particular, it is proposed to use dimensionless volume flow and a modified homochronicity number. Based on the physical simulation on the “water” model, it was found that the best results of homogenization of the chemical composition of the liquid metal in the teeming ladle show blowing devices with undirected porosity. They are ideal for oxidative purging in a crowded ladle with a mixture of argon and oxygen required for the production of ultra-low carbon steel with an oxygen content of less than 0.03%. The purpose of further research is to develop the design of the mixing chamber of the purge device, in which oxygen and argon are pre-mixed before injection into the liquid metal.
Study of the Regularities of Centerline Porosity Formation in Continuously Cast Billets Depending on Casting Parameters
(TECHNOLOGY CENTER PC, Kharkiv, 2026) Synehin, Yevhen V.; Ruban, Volodymyr O.; Niziaiev, Kostiantyn H.; Stoianov, Oleksandr M.; Zhuravlova, Svitlana V.
ENG: This study investigates the process that forms centerline porosity in the axial zone of a continuously cast steel billet during its hardening. The task addressed relates to the need to establish rational parameters for the temperature-speed mode of casting to minimize axial porosity, which is critical for increasing the density of the metal and the quality of rolled products. A comprehensive methodology for physical modeling of the hardening process using stearin as a model substance has been devised. Based on the analysis of similarity numbers (Biot, Fourier, Kosovych), the exact scales of modeling were established: by time – 1.854, by linear dimensions – 0.1778, by heat transfer coefficient – 0.04639. It was determined that for an adequate simulation of the formation of the bloom blank, the closing angle of the liquid core varies within 2.3–6°. Quantitative parameters of the experiment on the model were established: overheating of the melt in the range of 1.8–4.2°C, which corresponds to 15–35°C for steel. The resulting data are explained by the laws of convection heat transfer and phase transition. The angle of inclination of the crystallization front and the intensity of heat removal determine the moment of formation of "bridges" and interceptions in the thermal center, which directly defines the morphology and volume of shrinkage pores. Unlike conventional mathematical modeling, the proposed approach provides high visual reliability of defect formation due to the use of the π-theorem for the selection of physical parameters. This makes it possible to investigate critical system states without the risk of emergencies in industrial settings. The research results could be used for implementation at metallurgical enterprises in the design and optimization of billet cooling modes on a continuous billet casting machine (CCM), which will ensure an increase in the yield of suitable metal.
Vibration Characteristics and Dynamic Control of Vacuum Treatment
(National Metallurgical Academy of Ukraine, Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2023) Velychko, A. G.; Sukhyi, Kostyantyn M.; Jiang, Zhouhua
ENG: Vibration characteristics of vacuum treatment at industrial steel vacuumisation units are studied. The amplitudefrequency spectrum and the main sources of vibration of vacuum treatment units are analysed. It is shown that the vibration spectrum is dominated by low and high frequency ranges. In the low-frequency range the vibration of vacuum treatment units is connected with bath oscillations and wave formation on the surface, as well as with decarburisation of metal during oxygen blowing and vacuum-carbon deoxidation and degassing processes. In the high-frequency region the sources of vibration are pulsations of vented gases. Correlation relations between vibration and technological parameters of vacuum treatment are established. Possibilities of vibration method for dynamic control of vacuum treatment are shown. The character of vibration signal level change at the frequency of 8 Hz reflects the dynamics of decarburisation during oxygen blowing of metal at reduced pressure. In the established frequency ranges the vibration characteristics allow to control the processes of vacuum-carbon deoxidation and degassing.
Walnut Shells as a Potential Fuel for Iron Ore Sintering
(Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, 2021) Kieush, Lina; Koveria, Andrii; Boyko, Maksym; Hrubyak, Andrii; Sova, Artem; Yefimenko, Vadym
ENG: Purpose. Iron ore sintering is a predominant process for fine iron ore and its concentrate to be applied in the blast furnace process. However, sintering produces a negative impact on the environment. One of the effective ways to reduce greenhouse gas emissions from iron ore sintering is to use CO2-neutral biomaterials for the fuel needs of this technology. Walnut shells (WNS) are a promising raw material for such fuel substitute. Herein, the effect of the raw and the pyrolyzed WNS with a constant fineness of 3-0 mm on the sintering process and the sinter properties were studied. The proportion of WNS in the fuel composition was set to 25 wt.%. It has been established that the use of WNS pyrolyzed up to 873 K is optimal. Additionally, the difference in the reactivity of WNS and coke breeze has provoked the studies on the influence of the pyrolyzed WNS size on the sintering process. WNS size was set to 1-0, 3-0, 5-0, and 7-0 mm. It has been found that the most optimal both for the iron ore sintering process and the sinter quality is the use of WNS with a particle size of 3-0 mm, subjected to preliminary pyrolysis up to 873 K.
Актуальні проблеми підготовки майбутніх металургів та магістрів з професійної освіти в умовах сучасної університетської освіти
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Палагута, Вадим Іванович; Лучанінова, Ольга Петрівна
UKR: Мета. Розкрити практичну цінність науково-педагогічної практики магістрів з професійної освіти для формування певних компетентностей під час проведення цієї практики у бакалаврських групах майбутніх інженерів-металургів та проаналізувати взаємонавчання бакалаврів-металургів і магістрів з професійної освіти для їхньої майбутньої професійної діяльності Методологія. Методи дослідження у вигляді педагогічного експерименту, аналізу експериментального матеріалу, анкет стейкхолдерів, аналізу результатів опитування студентів. Результати. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено, що використання сучасних засобів навчання майбутніх металургів є ефективними у процесі розвитку або формування їхніх як професійних, так і загальних компетентностей, сприяють розвитку професіоналізму магістрів із професійної освіти, а також поглибленню знань із металургійних дисциплін, що вирішує проблеми професійної підготовки здобувачів вищої освіти. Наукова новизна. Експериментально доведено, що суттєво підвищується рівень теоретичної професійної підготовки майбутнього інженера-металурга, магістра з професійної освіти у поєднанні з рівнем спрямованості їхніх знань на практичну діяльність. Практична значущість полягає в тому, що у процесі вивчення металургійних дисциплін доцільно застосовувати переважно компетентнісний підхід, інтенсивну цифровізацію освітнього процесу, поширене використання інформаційно-комунікаційних технологій, різноманітні засоби контекстної професійної підготовки здобувачів вищої освіти з металургії та професійної освіти, які спрямовані на розвиток особистісних компетентностей здобувачів.
Альтернативні процеси виробництва чорних металів
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2022) Мамешин, Валерій Сергійович; Журавльова, Світлана Валеріївна; Синегін, Євген Володимирович
UKR: Викладено робочу програму дисципліни «Альтернативні процеси виробництва чорних металів», наведені рекомендації до вивчення дисципліни, як при аудиторній роботі, так і при самостійній роботі студентів, надані методичні вказівки до вивчення кожного з розділів і література, що рекомендується, питання для самоконтролю, а також варіанти індивідуальних завдань, що виконують студенти в процесі вивчення дисципліни. Призначена для студентів спеціальності 136 – Металургія.
Альтернативні процеси виробництва чорних металів : навчально-методичні рекомендації до виконання індивідуального завдання та практичних занять
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Мамешин, Валерій Сергійович; Синегін, Євген Володимирович; Журавльова, Світлана Валеріївна; Грек, Олександр Сергійович
UKR: В навчально-методичних рекомендаціях викладено методичні настанови та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Альтернативні процеси виробництва чорних металів», наведено рекомендації до самостійної роботи студентів при вивченні дисципліни, перелік питань для закріплення знань студентів та методичні рекомендації для виконання практичних завдань. Навчально-методичні рекомендації призначені для опанування освітньої компоненти «Альтернативні процеси виробництва чорних металів» за спеціальністю G10 «Металургія» для ОПП «Металургійні процеси одержання та обробки металів та сплавів» освітнього рівня магістр.
Аналіз впливу стабілізації вихідних властивостей агломерату на фізико-хімічні процеси в характерних зонах доменної печі
(ТОВ «Про формат», Київ, 2025) Мішалкін, Анатолій Павлович; Маловік, Д. В.; Чистяков, Володимир Григорович; Петренко, Віталій Олександрович
UKR: У статті досліджено стабілізацію фізико-хімічних властивостей залізорудного агломерату та окатишів, як основних компонентів доменної шихти на фізико-хімічні процеси в характерних зонах доменної печі, що є актуальною проблемою для подальшого удосконалення технології виплавки чавуну. Отримання якісного агломерату є комплексною задачею, а її вирішення базується на стабілізації його вихідних властивостей. Обґрунтовано, що до найбільш ефективних за впливом на результати процесу доцільно віднести підвищення механічної міцності, термічної, фізико-хімічної та гранулометричної стабільності агломерату, які впливають на умови та поведінку компонентів в характерних зонах при відповідних умовах доменної печі. Досліджено стабілізацію фізико-хімічних характеристик агломерату як одного з важливих факторів забезпечення найбільш раціонального використання його фізико-хімічного потенціалу при проходженні через високотемпературні зони доменної печі. Визначено ключові реологічні властивості гранулярних потоків доменної шихти, що є важливим в плані обґрунтування ефективних способів завантаження та технічних рішень щодо розподілу шихтових компонентів в доменній печі. Досліджено вплив фракційного складу шихти та співвідношення основних її компонентів на газодинамічні умови, особливо, в сухій зоні, найбільш протяжної зони фізико-хімічних перетворень доменної печі, що є одним із ключових факторів, що визначають ефективність доменного процесу. У дослідженні застосовано теоретико-аналітичні методи з акцентом на фізико-хімічну складову, які охоплюють аналіз, узагальнення та інтерпретацію отриманих результатів у контексті відповідності теоретичних концепцій та положень практичним результатам. Отримано узгоджені уявлення про особливості поведінки компонентів шихти в доменній печі. Порівняння таких даних, отриманих різними дослідниками, в подальшому, може бути використане для ідентифікації відповідних параметрів. Останні як показники, що визначають умови раціонального використання ефектів, джерелом яких є взаємодія корисних властивостей фізико-хімічного потенціалу вихідної шихти та факторів зовнішньої дії, дозволять визначити надійні інтерпретації явищ, прогнозувати результати та показники доменного процесу. Також, стануть основою для наукового обґрунтування підходів до вибору ефективних способів стабілізації властивостей агломерату з встановленням надійних зв’язків між способами завантаження, розподілу компонентів вихідної шихти та газодинамічними умовами в печі. Обґрунтовано, що для забезпечення стабільності ходу доменного процесу необхідно забезпечити постійність гранулометричного, хімічного складу, мінералогії вихідних залізорудних матеріалів (агломерату та окатишів), коксу, а також високу якість і однорідність агломерату. Систематичний контроль і поточне регулювання цих параметрів є основою для подальшої оптимізації доменного процесу, раціонального за питомими витратами ресурсів сировини та енергії та ефективного за результатами реалізації властивостей його вихідного фізико-хімічного потенціалу. Доведено, що стабілізований, зокрема, за крупністю, пористістю, міцністю, хімічним складом, агломерат сприяє підвищенню продуктивності печі, зниженню витрат палива та поліпшенню якості чавуну шляхом оптимізації фізико-хімічних процесів у доменній печі за рахунок стабільності ходу газів, що є носіями енергії, зниження флуктуацій температури в характерних зонах печі, поліпшення умов відновлення оксидів заліза, зменшення пилоутворення та втрат заліза, економію коксу. Узагальнення результатів досліджень дозволить уточнити фізико-хімічні особливості взаємодії компонентів гранулярних потоків в мінливих умовах доменної печі.
Аналіз ефективності заміщення природного газу біомасою в процесі обпалу залізорудних окатишів
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Бойко, Максим Миколайович; Єфіменко, В. В.; Махоркіна, Т. А.; Полякова, Наталія Володимирівна; Журавльова, Світлана Валеріївна; Колеснікова, Т. М.
UKR: Мета: Однією з найважливіших задач у металургійній галузі є зниження залежності від природного газу, який використовується в процесах випалювання залізорудних окатишів. Висока вартість і нестабільність поставок природного газу мають значний вплив на економіку та екологію, особливо в умовах прагнення до зменшення викидів CO2 та інших шкідливих речовин. Заміщення природного газу біопаливом, таким як лігноцелюлозна біомаса, може стати ефективним рішенням, що дозволить знизити споживання викопного палива та поліпшити екологічні показники виробництва. Основною метою даного дослідження є розробка та оптимізація методу використання біопалива в процесі випалювання залізорудних окатишів, що дозволить досягти необхідного рівня температурного режиму, зберігаючи при цьому високу якість продукції та мінімізуючи негативний вплив на навколишнє середовище. Методика: Теоретичне та експериментальне обґрунтування можливості заміщення природного газу біопаливом в процесі обпалу залізорудних окатишів проведено за допомогою розрахункових формул, взятих з відповідної літератури, а також з використанням веб-додатку для моделювання та аналізу результатів. Результати: Застосування біопалива для заміщення природного газу в процесі обпалювання залізорудних окатишів виявило кілька важливих аспектів. Введення частинок біомаси в потік газу дозволило частково замінити природний газ без суттєвого впливу на тепловий режим обпалювальної машини через те, що продукти згоряння біомаси, а також стехіометричний об'єм повітря, необхідного для повного згоряння біомаси мають менший об'єм порівняно з продуктами згоряння та стехіометричним об'ємом повітря для спалювання газу. Це дозволяє нівелювати низьку теплоту згорання біомаси. За результатами розрахунків і враховуючи реальний досвід заміни природного газу лушпинням соняшника пропонується на кожні 10% об. заміщенного природного газу спалювати 0,2 кг лушпиння соняшника, 0,125 кг деревного вугілля, 0,22 кг тирси і 0,25 кг соломи. Також було розраховано час згорання частинки палива рослинного походження залежно від її початкового діаметру. Вирішальний фактор що визначає час згоряння частинки є вміст летючих речовин, що в свою чергу визначає кількість коксового залишку частинки. Горіння коксового залишку частинки є найдовшою стадією у загальному часі згоряння частинки. Отримані результати швидкості згоряння, від найвищої: солома, лушпиння соняшнику, дерево, деревне вугілля. Це означає, що солома, як паливо що має найвищу швидкість згоряння, може мати найбільший розмір частинок, що будуть задовільняти технологічним вимогам використання такого виду палива у пальнику обпалювальної машини. Наукова новизна. Встановлено, що продукти згоряння біомаси мають менший об’єм, що дозволяє компенсувати її нижчу теплотворну здатність і мінімізувати вплив на тепловий режим обпалювальної машини. Запропоновано оптимальні співвідношення біомаси для заміщення кожних 10% об’єму природного газу, що включає лушпиння соняшника, деревне вугілля, тирсу і солому. Також, на основі розрахунків часу згоряння частинок біопалива, було встановлено, що солома має найвищу швидкість згоряння, що дозволяє використовувати її з більшим розміром частинок у пальнику обпалювальної машини, задовольняючи технологічні вимоги. Практична значущість. Проведені в роботі розрахунки дозволяють замістити від 40 до 60 об.% природного газу різними типами палива рослинного походження, а також дозволяють оцінити необхідний гранулометричний склад палива для використання в процесі обпалу окатишів.
Аналіз розвитку реакції окислення вуглецю низьковуглецевої сталі в ковші під вакуумом
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Величко, Олександр Григорович; Камкін, Володимир Юрійович; Рудько, Катерина Вячеславівна; Камкіна, Людмила Володимирівна
UKR: Об’єкт дослідження -процес вакуумування сталі в ковші. Мета дослідження –визначити степінь наближення реакцій дегазації до рівноваги та показники видалення за статтями. Методи дослідження -теоретичні дослідження базуються на основних положеннях фізичної хімії і теорії металургійних процесів, термодинамічні розрахунки нерівноваги реакцій дегазації. Наукова новизна - при вакуумних процесах дегазації істотну роль грає наближення відповідних реакцій до рівноваги, в промислових вакуумних установках рівновага між вуглецем і киснем, розчиненими в сталі, не досягається із-за виключно малих концентраціях взаємодіючих речовин швидкість хімічної реакції зменшується на-стільки, що не дозволяє за час обробки навіть наблизитися до стану термодинамічної рівноваги. Практична значимість - для забезпечення високого ступеня реалізації розкислювальної здатності вуглецю в умовах вакууму необхідно: застосовувати основну футеровку сталерозливних ковшів; підтримувати високу основність шлаку і мінімальний вміст оксидів заліза в ньому; перемішувати розплав в ковші інертним газом для полегшення умов зародження продуктів реакції окислення вуглецю.
Аналітичні дослідження технології рафінування і легування металу на установці «ківш-піч»
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Рубан, Володимир Олександрович; Стоянов, Олександр Миколайович
UKR: Актуальність: Обробка металу на установці «ківш-піч» (УКП) є одним з найважливіших етапів позапічної обробки сталі, ключовими операціями якої є десульфурація, легування, видалення і модифікування неметалевих включень, які пов’язані з затратами теплоти, що компенсується шляхом використання енергії електричної дуги і забезпечує задану температуру перед розливанням. Розвиток технологій позапічної обробки сталі на установці «ківш-піч» обумовлений необхідністю підвищення якості та конкурентоспроможності металургійної продукції шляхом зниження її матеріало- і енергоємності. Позапічна обробка сталі на УКП дозволяє регулювати хімічний склад розплаву в вузькому діапазоні (мікролегування), підтримувати задану температуру сталі певного сортаменту перед розливанням на машинах безперервного лиття заготівки (МБЛЗ), що в свою чергу впливає на формування структури та властивостей кінцевого продукту. Аналітичні дослідження роботи установки «ківш-піч» спрямовані на оптимізацію процесу позапічної обробки сталі, зменшенні втрат енергії та матеріалів, підвищенні продуктивності та якості кінцевої продукції. Таким чином актуальність досліджень ковшової обробки металу, можуть сприяти розвитку нових технологій та матеріалів, що забезпечать більш ефективну виробничу діяльність. Мета роботи: Аналітичний огляд науково-технічної літератури, вітчизняних та закордонних патентів, присвячений розвитку технологій позапічної обробки сталі на установці «ківш-піч». Наукова новизна: Встановлені основні вектори розвитку технологій і обладнання позапічної обробки сталі на установці «ківш-піч», які стосуються використання графітованих порожнистих електродів. Визначено позитивний вплив використання порожнистих електродів, на роботу установки «ківш-піч» за рахунок стабільного існування розряду електричної дуги, унеможливлення процесу розриву шару шлаку та покращення умов передачі теплоти безпосередньо металевому розплаву. Наукові та практичні результати: виходячи з огляду технологій обробки сталі на установці «ківш-піч» використання графітованих порожнистих електродів в подальшому дасть змогу визначити раціональні витрати газу, що подається каналом електрода, провести дослідження його впливу на параметри лунки піделектродної зони та теплові режими роботи агрегату.
Аналітичні дослідження і характеристика методів рафінування сталі у промковші МБЛЗ
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Синегін, Євген Володимирович; Суховецький, Сергій Васильович
UKR: Актуальність: Постійно зростаючі вимоги до якості металопродукції та її собівартості спонукають до сталого розвитку технологій рафінування сталі, зокрема й від неметалевих включень, присутність яких в сталі суттєво знижує механічні властивості сталевої продукції. Наразі рафінування сталі від неметалевих включень здійснюється починаючи з позапічної обробки сталі у сталерозливному ковші і з акінчується на етапі розливання сталі. Найбільш ефективними методами рафінування сталі, що зумовило їх широке використання в промисловості, є продувка інертним газом, електромагнітне перемішування, модифікування та ін. Найбільш ефективним з погляду рафінування сталі є обробка на фінішних етапах виробництва, зокрема при розливанні стаі на МБЛЗ у проміжному ковші. Мета роботи: з огляду на широке різномаїття технологій і методів рафінування сталі, зокрема й на етапі безперервного розливання сталі, виникає потреба в їх систематизації і класифікації, що дозволить краще оцінювати і порівнювати їх ефективність. Наукова новизна: систематизовані і класифіковані методи рафінування сталі при безперервному розливанні сталі. На прикладі світового досвіду, ґрунтуючись на огляді останніх закордонних публікацій, розглянуто конкретне застосування і ефективність кожного типу методів. Наукові та практичні результати: запропонована класифікація методів дозволить краще оцінювати їх ефективність та раціонально обирати доцільні методи та їх комбінації для кожного окремого виробництва, зокрема із урахуванням марки сталі. Також, виходячи з оцінки ефективності розглянутих методів, можна визначити додаткові резерви щодо їх вдосконалення.
Вдосконалення температурно-швидкісного режиму розливання зливків рейкової сталі
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Нізяєв, Костянтин Георгійович; Синегін, Євген Володимирович; Стоянов, Олександр Миколайович; Журавльова, Світлана Валеріївна; Журавльова, Ірина Володимирівна; Острянін, Р. Є.; Скрипник, А. В.
UKR: Мета. Дослідження температурно-швидкісного режиму розливання рейкової сталі з метою зниження дефектів злитків, таких як тріщини, неметалеві включення та усадка, і підвищення якості металопродукції. Методика. Використано аналітичні та експериментальні підходи для визначення впливу температури розливання і швидкості наповнення виливниць на якість злитків спокійної сталі. Проведено аналіз дефектів і розроблено математичну модель для оптимізації параметрів розливання. Дослідження виконано на марках сталі К63, ПТ70сп і 70Г, які розливалися сифонним способом у зливки масою 7 т. Результати. Встановлено оптимальні значення параметра температурно-швидкісного режиму для кожної досліджуваної марки сталі, що дозволило знизити кількість браку на 57,45%. Результати підтверджують, що дотримання оптимального співвідношення температури перегріву сталі над ліквідусом та швидкості розливання мінімізує утворення тріщин і плен. Розраховані значення швидкості розливу та часу наповнення злитків наведено у вигляді графічних залежностей. Наукова новизна. Вперше проведено комплексний аналіз залежності якості злитків рейкової сталі від параметрів температурно-швидкісного режиму розливання з урахуванням марки сталі. Запропоновано параметр оптимізації та розроблено методику визначення оптимального температурно-швидкісного режиму розливання сталі в зливки сифонним способом, яка базується на апроксимації експериментальних даних. Практична значущість. Результати дослідження дозволяють підвищити якість злитків рейкової сталі, знизивши кількість дефектів, що сприяє економії ресурсів і покращенню експлуатаційних властивостей металопродукції. Запропоновані рекомендації можуть бути використані на металургійних підприємствах для вдосконалення технології розливання сталі.
Вдосконалення технології виробництва та покращання якісних характеристик комплексного флюса
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова Національної академії наук України, Дніпро, 2022) Бочка, Володимир Васильович; Ягольник, Максим Вікторович; Двоєглазова, А. В.; Фурсов, М. О.
UKR: У статті розглядається можливість підвищення ефективності сучасного агломераційного процесу, яка здійснюється шляхом вдосконалення технології виробництва комплексного флюсу. Узагальнено вітчизняний та світовий досвід розробки та використання у процесах окускування металургійної сировини нового типу – комплексного флюсу. Відмічається, що даний вид флюсу вносить до агломераційної шихти значний набір мінералогічних сполук, які суттєво покращують умови спікання та якість окускованої сировини. Запропоновано спосіб виробництва комплексного флюсу шляхом об'єднання процесів обпалу вапняку та утворення феритів кальцію. Показано можливості та переваги використання спеціалізованого програмного забезпечення задля аналізу реакцій дисоціації вапняку в різних умовах. Висвітлено один із напрямків виробництва комплексного флюсу заданого складу та властивостей, основою якого є отримання комбінованих гранул, утворених кусочками вапняку крупністю та оболонкою із залізорудних матеріалів (концентрат, залізна руда), шляхом поєднання процесів випалу вапняку та утворення феритів кальцію. Термодинамічним аналізом показано високу достовірність взаємодії вапна з оксидами рудного матеріалу з утворенням комплексного флюсу заданого складу та властивостей. Процес реалізується шляхом спікання на конвеєрній машині за агломераційною технологією. Розроблено основні параметри технологічного режиму виробництва комплексного флюсу. Доведено, що при розробці та вдосконаленні технології виробництва комплексного флюсу з гранул вапняку з накочуванням залізовмісного матеріалу велике значення має правильний вибір крупності вапняку, палива, а також величин інших технологічних параметрів. Результати проведених досліджень підтверджують технологічність обраного напрямку виробництва комплексного флюсу за рахунок поєднання процесів виробництва вапна і феритних спеків.