Аналітичні та експериментальні дослідження властивостей шлаків та шлакоутворюючих сумішей сталеплавильного виробництва
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро
Abstract
UKR: Метою дослідження є аналіз та узагальнення властивостей шлаків в межах системи CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2 у різному співвідношенні компонентів та їх концентрацій, яка є основою рафінувальних шлаків у сучасному сталеплавильному виробництві. Для забезпечення технологічних функцій шлаковий розплав повинен мати комплекс оптимальних значень фізико-хімічних властивостей, зокрема: в’язкість, поверхневий натяг, електропровідність, температури плавлення (початку і кінця), ентальпія , густина та інші, які в значній мірі впливають на кінетику тепло- і масобмінних процесів в системі «метал-шлак». Інформаційний ресурс досліджень забезпечений власними експериментальними даними та даними баз даних «Шлак» і «ШУС», що містять інформацію про технологічні властивості розплавів шлакових і оксидних систем. Виконано аналіз даних про залежність властивостей оксидних систем від їх хімічного складу та температури. Розглянуто оксидні системи в межах хімічного складу CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2. Встановлено зв’язок хімічного складу шлакових систем з властивостями їх розплавів з позиції концепції спрямованого хімічного зв’язку за допомогою інтегральних параметрів: ρ – показник стехіометрії; ∆e – середньостатистичне число електронів, що локалізується у напрямку зв’язку катіон-аніон (К-А); d – середньостатистична між’ядерна відстань К-А; tgα – зміна щільності електронів у напрямку зв’язку К-А; ZA(A–A), ZK(K–A), ZK(K–K) – середньозважені значення зарядів катіонів і аніонів в зв’язках А-А, К-А, К-К. За результатами експериментальних та аналітичних досліджень отримано прогнозні моделі властивостей розглянутих оксидних систем, а саме для розрахунку в’язкості, електропровідності, температури кристалізації та густини шлакових розплавів в діапазоні їх температур від 1200°С до 1800°С. Представлена методика прогнозування властивостей рафінувальних шлаків може бути використана для оцінки застосування шлаків різного складу в ковші, наприклад, на установках ковш-піч.
ENG: The aim of the study is to analyze and generalize the properties of slags within the CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2 system in different ratios of components and their concentrations, which is the basis of refining slags in modern steelmaking. To ensure the technological functions, the slag melt should have a set of optimal values of physical and chemical properties, in particular: viscosity, surface tension, electrical conductivity, melting temperature (beginning and end), enthalpy, density and others, which significantly affect the kinetics of heat and mass transfer processes in the "metal-slag" system. The information resource of researches is provided by own experimental data and data of databases "Slag" and "SFM" containing information about technological properties of melts of slag and oxide systems. The analysis of the data on the dependence of the properties of oxide systems on their chemical composition and temperature was performed. Oxide systems within the chemical composition CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2 are considered. The connection of the chemical composition of slag systems with the properties of their melts from the point of view of the concept of directed chemical bonding using integral parameters is established: ρ is the stoichiometry index; ∆e is the average number of electrons localized in the direction of the cation-anion (K-A) bond; d is the average inter-nuclear distance K-A; tgα is the change in the electron density in the direction of the K-A bond; ZA(A-A), ZK(K-A), ZK(K-K) are the weighted average values of cation and anion charges in the A-A, K-A, K-K bonds. Based on the results of experimental and analytical studies, predictive models of the properties of the considered oxide systems were obtained, namely for the calculation of viscosity, electrical conductivity, crystallization temperature and density of slag melts in the range of their temperatures from 1200°C to 1800°C. The presented method of predicting the properties of refining slags can be used to evaluate the use of slags of different composition in the ladle, for example, in ladle-furnace installations.
ENG: The aim of the study is to analyze and generalize the properties of slags within the CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2 system in different ratios of components and their concentrations, which is the basis of refining slags in modern steelmaking. To ensure the technological functions, the slag melt should have a set of optimal values of physical and chemical properties, in particular: viscosity, surface tension, electrical conductivity, melting temperature (beginning and end), enthalpy, density and others, which significantly affect the kinetics of heat and mass transfer processes in the "metal-slag" system. The information resource of researches is provided by own experimental data and data of databases "Slag" and "SFM" containing information about technological properties of melts of slag and oxide systems. The analysis of the data on the dependence of the properties of oxide systems on their chemical composition and temperature was performed. Oxide systems within the chemical composition CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2 are considered. The connection of the chemical composition of slag systems with the properties of their melts from the point of view of the concept of directed chemical bonding using integral parameters is established: ρ is the stoichiometry index; ∆e is the average number of electrons localized in the direction of the cation-anion (K-A) bond; d is the average inter-nuclear distance K-A; tgα is the change in the electron density in the direction of the K-A bond; ZA(A-A), ZK(K-A), ZK(K-K) are the weighted average values of cation and anion charges in the A-A, K-A, K-K bonds. Based on the results of experimental and analytical studies, predictive models of the properties of the considered oxide systems were obtained, namely for the calculation of viscosity, electrical conductivity, crystallization temperature and density of slag melts in the range of their temperatures from 1200°C to 1800°C. The presented method of predicting the properties of refining slags can be used to evaluate the use of slags of different composition in the ladle, for example, in ladle-furnace installations.
Description
Д. Степаненко: ORCID 0000-0001-5913-2284; О. Гришин: ORCID 0009-0000-0665-1179; А. Бєлькова: ORCID 0000-0001-8519-9351
Keywords
шлак, властивості, хімічний склад, температура, залежність, slag, properties, chemical composition, temperature, dependence, КТОМП
Citation
Степаненко Д. О., Гришин О. М., Бєлькова А. І. Аналітичні та експериментальні дослідження властивостей шлаків та шлакоутворюючих сумішей сталеплавильного виробництва. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. Дніпро, 2023. № 37. С. 260–270. DOI: 10.52150/2522-9117-2023-37-260-270.