Анализ влияния глубины погружения дугового разряда в расплав на эффективность извлечения марганца и кремния из силикомарганцевого шлака Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

к.т.н. Куберский С. В.

(ДонГТУ, г. Алчевск, ЛНР)

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА В РАСПЛАВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МАРГАНЦА И КРЕМНИЯ

ИЗ СИЛИКОМАРГАНЦЕВОГО ШЛАКА

Определены температуры начала восстановления основных компонентов рудно-восстановительной смеси на базе шлака от производства силикомарганца при различном давлении в системе и показано незначительное увеличение значений этого термодинамического параметра при заглублении реакционной зоны в расплав на величину до 300 мм. Установлены зависимости, свидетельствующие о положительном влиянии уровня заглубления дуги в расплав на степень извлечения Мп и Si и скорость нагрева металла, а также показано, что оптимальное его значение для рудно-восстановительных блоков использованной конструкции и состава составляет 0,050-0,055 м и обеспечивает минимальный удельный расход электроэнергии на реализацию процесса дугового глубинного восстановления.

Ключевые слова: термодинамика, температура, восстановление, заглублённая дуга, избыточное давление, степень извлечения, скорость нагрева, расход электроэнергии.

УДК 669.054:669.74

В настоящее время наиболее распространённые способы раскисления-легирования и рафинирования железоуглеродистых расплавов предполагают использование различных ферросплавов и лигатур, производство которых является весьма энерго- и ресурсоёмким, а также сопряжено со значительными выбросами в атмосферу вредных веществ, образованием шлаков, шламов и других техногенных отходов.

Авторами работы [1] предложен принципиально новый метод дугового глубинного восстановления (ДГВ) для насыщения железоуглеродистых расплавов необходимыми полезными элементами, восстанавливаемыми из отходов и вторичных материалов непосредственно в объём жидкого металла в условиях низкотемпературной плазмы заглублённого дугового разряда.

В процессе ДГВ элементы восстанавливаются и поступают в расплав, минуя стадию производства ферросплавов и лигатур, а следовательно, и связанные с этим производством дополнительные затраты.

Кроме того, метод ДГВ позволяет совместить во времени важные операции раскисления, легирования, рафинирования, нагрева и гомогенизации, характерные заклю-

чительным этапам технологии производства чёрных металлов, а также обеспечить высокую энергетическую эффективность за счёт реализации указанных процессов в объёме высокотемпературного металлического расплава. При заглублении в расплав значительно возрастает КПД дуги, что обусловлено улучшением условий теплопередачи при организации её горения в замкнутом пространстве, а также использованием тепла материала электродов, который, разрушаясь, расплавляясь или испаряясь при сжигании, остаётся в жидком металле и отдаёт ему своё избыточное теплосодержание.

Данная технология была реализована в ковшах 0,16 т, 0,24 т, 0,4 т и 1,0 т литейных и металлургических микро-заводов для внедоменной десульфурации чугуна магнием, восстанавливаемым из магнезита, и раскисления-легирования железоуглеродистых расплавов марганцем и кремнием, восстанавливаемыми из отвального шлака от производства силикомарганца (ШМнС), и обеспечила снижение себестоимости обработки на 3-5 $/т в сравнении с применением магниевой проволоки, гранул, ферромарганца, ферросилиция и силикомарганца. Кроме того, она может быть использована

на заключительном этапе получения заготовок из жидкого металла, а именно для обработки в промежуточном ковше МНЛЗ, что позволит управлять температурным режимом и увеличить эффективность раскисления, легирования и рафинирования металла многими элементами (в связи с более поздним их вводом).

Использование дуговой глубинной обработки расплавов на микро-заводах является также привлекательным с точки зрения наличия необходимых источников электроэнергии (печных трансформаторов), устройств для введения дуговых блоков в металл (электрододержатели), а также вспомогательных участков и отделений для их изготовления, характерных для машиностроительных и литейных цехов (участки по механообработке, дроблению, рассеву, смешиванию, формовке, сушке и т. д.).

По результатам исследований, проведённых при отработке технологии ДГВ, была разработана эффективная конструкция руд-но-восстановительных блоков (РВБ), оптимизированы составы рудно-восстановительных смесей (РВС), предложены основные электрические и тепловые параметры, необходимые для реализации процесса в производственных условиях. Одним из важных и неизученных в настоящее время показателей, оказывающих существенное влияние на ход процесса ДГВ, является уровень заглубления РВБ и, соответственно, дугового разряда в объём обрабатываемого металла.

Поэтому основная цель данной работы предусматривала теоретический и экспериментальный анализ изменения степени извлечения полезных элементов РВС в металлический расплав, скорости нагрева металла и энергетических затрат на процесс ДГВ в зависимости от глубины расположения реакционной зоны, на которой протекают реакции восстановления необходимых для раскисления-легирования железоуглеродистого расплава примесей.

Из практики ковшевого нагрева стали в агрегатах ковш-печь известно, что экрани-

рование дугового разряда шлаком позволяет значительно улучшить условия передачи тепла металлу при минимальном его излучении на футеровку [2]. Аналогичная картина должна наблюдаться и при реализации процесса ДГВ. Однако в этом случае имеют место несколько отличительных моментов, не характерных для дугового нагрева. В первую очередь это реакции восстановления, протекание которых при повышении давления в системе требует больших энергетических затрат. С другой стороны, ранее проведённые исследования свидетельствуют о том, что заглубление реакционной поверхности благоприятно сказывается на процессах усвоения расплавом восстановленных элементов и особенно продуктов, выделяющихся в газообразном состоянии [1].

С учётом того фактора, что ШМнС состоит из различных оксидов (МпО, SiO2, А12О3, СаО и т. п.), определённый интерес представляет оценка их теоретической температуры начала углетермического восстановления.

С этой целью из графика зависимости стандартного изменения энергии Гиббса от температуры для реакций образования оксидов металлов, представленной в работе [3], определяли ориентировочное значение температуры начала восстановления оксида МпО углеродом как точки пересечения соответствующих линий для ЫЗМпО и ЬО°/Со, которое составило (Тн в )Мпо = 1675 К.

Основной задачей данного расчёта являлось определение температурной зависимости Ь.оМпО и №С/со .

Температура плавления и кипения Мп

составила ТМп = 1516 К, Т^П = 2423 К, а МпО — тМпО = 2058 К. Поэтому при температуре Тнв = 1675 К марганец находится в жидком состоянии, а оксид МпО — в твёрдом.

В работе [3] уравнение, связывающее Ь&мпо с температурой, дано только до температуры плавления марганца. Поэтому при

Металлургия и материаловедение

расчете величины Ь&МпО необходимо делать поправку на фазовые переходы:

2[Мп]т +{02} = 2(МпО)т AG1О;

[Мп]т ^[Мп]ж АОш.; 2[Мп]ж +{02} = 2(Мп0)т AG2О. AG2О =AGlО - 2АОш..

Значение AG1О в расчёте на 1 моль О2 составит [3]:

AG1О = 2 (-385186 + 73,73Т ) = = -770372 +147,46Т.

Учитывая поправку на плавление Мп, получим

AH„

AG^ = AHnjl-

Т„

Т = 14640 -

14640 1516

Т = 14640 - 9,66Т.

Тогда для реакции образования МпО из жидкого марганца стандартное изменение энергии Гиббса составит

AGО =(-770372 + 147,46Т )--2(14640 - 9,66Т) = -799652 + 166,48Т.

Для образования СО по реакции 2 < С >т +{О2} = 2{СО}г

AG(О¡cО = 2 (-110560 - 89,875Т ) = = -221120 -179,75Т.

О = М2 - М

н.в.

Из полученных уравнений для температурной зависимости AGО и AGСО|co находим значения коэффициентов М и N М1 = -799652; М2 = -221120; N = 166,78; N = -179,75.

Подставляя эти значения в формулу для определения теоретической температуры начала восстановления МпО углеродом при стандартных условиях, получим

-221120 -(-799652) _ N -Щ = 166,78-(-179,75) =

= 1670 К или 1397° С.

Зависимость стандартного изменения энергии Гиббса от температуры для суммарной реакции восстановления марганца твёрдым углеродом будет иметь вид

AG<О = 289266 -173,265 • Т.

По данной методике были рассчитаны теоретические температуры начала восстановления марганца твёрдым углеродом, протекающие по различным схемам, и сопоставлены с литературными данными, которые представлены в таблице 1.

Как было отмечено выше, на величину температуры начала восстановления элементов значительное влияние оказывает давление в системе. Поэтому при давлении, отличном от атмосферного, её определяли в соответствии с методикой, описанной в работе [3], по формуле (1):

Термодинамические параметры восстановления марганца

Таблица 1

Источник Реакция AG°, Дж/моль Т°в., K

[4] MnO + C = Mn + CO 290786 - 173,466Т 1673

[5] (MnO) + <C> = [Mn] + {CO} 272745 - 160,35Т 1701

[6] 3(MnO) + 3<C> = 3[Mn] + 3{CO} - 1693

Расчёт* (MnO) + <C> = [Mn] + {CO} 289266 - 173,265Т 1670

(MnOSiO2) + <C> = [Mn] + (SiO2) + {CO} 352698 - 198,951 •Т 1773

(MnOSiO2) + (CaO) + <C> = [Mn] + (CaOSiO2) + {CO} 408801 - 232,032Т 1771

^активности всех участвующих в реакции веществ приняты равными 1, а давление в системе равно 10 Па.

Металлургия и материаловедение

ТР =

н.в.

М2 - М1

г\ х Л

у lg а( МехОуу lg а[ Ме]~ lg Р

(1)

N1 - N2 + 38,31

где М1, М2 и N1, N2 — соответственно стандартные изменения энтальпии и энтропии для реакции образования оксида металла (индекс 1) и оксида восстановителя (индекс 2);

х и у — стехиометрические коэффициенты; а — активность компонента; Р — давление в системе, 105 Па. Теоретическую оценку возможной величины заглубления РВБ в металлический расплав производили по методике, приведённой в работе [7] для постоянного и переменного тока, подаваемого на комбинированный электрод блока. Комбинированный электрод, используемый в технологиях ДГВ магния, Мп и Si представлял собой стальную трубку, набитую электродной массой, состоящей из графитовой стружки с добавкой 12,5 % глинозёма или магнезита [1].

Для расчёта возможного уровня заглубления РВБ в железоуглеродистый расплав использовали формулу

h =

Pi,

Pg

(2)

где h — глубина заглубления электрической дуги в жидкий металл, м;

р{е — теоретическое значение давления ионов на катод при работе на обратной полярности или электронов на анод при работе на прямой полярности, н/м2; р — плотность металла, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2. Теоретическое значение давления ионов на катод при работе со стальным электродом на обратной полярности определяли по формуле

Pi = Jk

М(2eU - 3kTk )

Ae2

(3)

где ]к — плотность электрического тока,

ц — атомный вес элемента, г/моль; е — заряд электрона, Кл; и — падение напряжения, В; к — постоянная Больцмана, Дж/К; Тк — абсолютная температура, К; А — число Авогадро, моль 1. Теоретическое значение давления электронов на анод при работе на прямой полярности определяли по формуле

Pe = Ja

i

m,

(2eUa - 3kTk )

(4)

где ]а — плотность электрического тока, А/м2;

те — масса электрона, кг. Рассматривая катодное и анодное подключение дуговых блоков (прямая и обратная полярность), необходимо отметить, что давление ионов на катод в несколько сотен раз больше, чем давление электронов на анод. Поэтому работая на обратной полярности, уровень заглубления дугового разряда в металл будет значительно больше. Это подтверждается результатами расчёта теоретической глубины погружения дуги со стальными и графитовыми электродами в жидкую сталь для плотности тока на электроде 1-2 А/мм2, металлической ванне 0,07 А/мм2, напряжения 35-55 В, температуры кипения железа и графита 3013 К и 5103 К соответственно.

По уравнению (3) давление ионов на катод составит

P = Jk

¡и( leU - 3kTk_) = 2 1о6

Aez

56(2 -1,6-10-19 • 55 - 3 -1,38 -10-23

30131

6,02 -1026 -(1,6-10

(1,6 -10-19)

= 15940 н/м

2

А/м2

2

e

Металлургия и материаловедение

где ]к — плотность электрического тока (2-106 А/м2);

ц — атомный вес железа (56 г/моль); е — заряд электрона (1,6-10-19 Кл); и — падение напряжения (55 В); к — постоянная Больцмана (1,38-10-23 Дж/К);

Тк — температура кипения катода (3013 К);

А — число Авогадро (6,02-1026 моль-1). Глубина погружения дуги в железоуглеродистый расплав при работе на обратной полярности, рассчитанная по формуле (2), будет равна

h =

P,

9g

15940 7800 • 9,8

= 0,208 м,

где — теоретическое значение давления ионов на катод при работе на обратной полярности;

ре — теоретическое значение давления

электронов на анод для случая работы на прямой полярности.

Давление электронов на анод в соответствии с уравнением (4) составит

Pe = Ja

m

(2eUa - 3kTk)

=7000•

9,1 • 10-31 (2 • 1,6 • 10-19 • 55 - 3 • 1,38 • 10-23 • 3013)

(1>ю-19 )2

= 0,166 н/м

2

где ]а — плотность электрического тока (7000 А/м2);

те — масса электрона (9,10938231 • 10-31 кг). Глубина погружения дуги в железоуглеродистый расплав при работе на прямой полярности будет равна

0,166 „ „ 1л6

= 2,2 •Ю6 м.

h = А =

pg 7800 • 9,8

Результаты аналогичных расчётов, выполненных для заданных выше пределов

входящих в уравнения (2)-(4) параметров, представлены на рисунке 1.

Максимальное теоретически возможное заглубление дуги, равное 208 мм, получено при использовании стальных электродов, работе на постоянном токе обратной полярности, напряжении 55 В и плотности тока 2 А/мм2. Поскольку используемый в процессе ДГВ электрод комбинированный и состоит из графитомагнезитовой электродной смеси, набитой в стальную трубку, теоретически возможное его заглубление в расплав не будет превышать величины, полученной для случая работы со стальным электродом.

В случае работы на переменном токе, когда катодом и анодом попеременно являются металл и дуговой блок, можно предположить, что заглубление дуги в жидкую сталь будет иметь среднее значение от суммы заглубления при работе на постоянном токе прямой и обратной полярности (анодном и катодном подключении). С учётом того, что в экспериментах использован комбинированный железографитовый электрод и по данным работы [1] дуга примерно одинаковые промежутки времени горит на стальную трубку и графитовую набивку, теоретически возможный уровень её заглубления будет характеризоваться значениями линии Ст.+Гр.2 рисунка 1.

50.20

So,

о ©

-

15

|,10

ю

«Рттт) Г- «ЯР« ч —л —

О- ■ ■ -

-•-Ст. 2

Гр. 2 + Ст.+Го. 2

-0 42 44 46 43 Напряжение. И

— •О— Ст [,5 -■-<-Гр 1,5

■Ст I

Гр I

Рисунок 1 Влияние напряжения на дуге, материала электродов, рода и плотности тока на величину заглубления дуги

2

e

Металлургия и материаловедение

Результаты заглубления дугового разряда в железоуглеродистые расплавы, полученные авторами работ [8, 9], свидетельствуют о том, что при использовании близких к разрабатываемому процессу значений плотности и силы тока эта величина находится в пределах 150-300 мм.

Как было отмечено выше, повышение давления в системе влияет на температуру начала реакций восстановления. Поэтому было оценено её изменение для случая уг-летермического восстановления Мп и Si из оксидов и силикатов ШМнС при заглублении дугового разряда до 300 мм.

Давление в зоне каверны (Ркав.) при погружении РВБ под слой металлического расплава на 300 мм составит

р = р + р = 101325 +

х кав. х а™. 1 х мет. 1

+ (0,30-6900-9,81) = 121632 Па или 1,20 атм,

где Ратм. — атмосферное давление, равное 101325 Па;

9,81 — ускорение свободного падения, м/с2;

6900 — плотность металлического расплава (чугуна), кг/м3.

Теоретическая температура начала восстановления марганца с поправкой на увеличение давления в зоне каверны составит

M2 - Mx

Тр = -".". N - Ы2 - 38,31^Р

-221120 -(-799652) = 166,78-(-179,75)-38,31 • ^1,20 = =1684 К,

или 1411 °С, что на 14 °С больше, чем для случая без заглубления реакционной зоны.

Аналогично были рассчитаны теоретические температуры начала восстановления для других оксидов, входящих в состав рудного сырья при стандартных условиях (Т°нв.) и с поправкой на увеличение давления в зоне каверны (Трнв), которые показаны на рисунке 2.

Представленные данные свидетельствуют о том, что заглубление рВБ под слой металла на 300 мм повышает теоретическую температуру начала восстановления основных компонентов шлака не более чем на 16 °С. Поэтому можно утверждать, что для рассматриваемых оксидов колебание уровня заглубления реакционной поверхности относительно зеркала расплава в исследованном диапазоне не оказывает существенного влияния на термодинамические параметры восстановления.

i.-uio

200

2100 2000

1900

Си

1800

Си

Б 1"00

1600

2238 41 22|43 1 ~> 46 -> 1 48 "> "К I

1 <

2100 21 -р 2l)04 21 05 21 0" 2109

1013 L-- - - - - -- „¡I 16 'Т'....... 19 Л —4 Ii 1926

Г "5 Г "8 1 -|В() Г 34

; l.-v-ü-rü-Vi >64 66 П "0 1" -1

С «Ш .....шит j ^

16"2 16" 5 16 80 К 82 1684

0.05

0,1

0.15

и,.

0,25

0,3

Глубина погружения душ.

- А1203 ■

• МаО ■

• SiG2 -—es— MhOSiC'2+CaO ■

MnC-StC? '

■ MnO

Рисунок 2 Влияние глубины погружения блока в расплав на температуру начала реакций углетермического восстановления

Металлургия и материаловедение

Для экспериментального изучения влияния заглубления РВБ в расплав на показатели процесса ДГВ Мп и Si из ШМнС было проведено 54 обработки чугуна и стали в индукционной печи ИСТ-0,06. Обработку 27,533 кг металла (среднее 30,4 кг) в течение 415 мин. (среднее 9 мин.) осуществляли на постоянном (обратной полярности) и переменном токе при его силе 180-350 А, напряжении 20-55 В, а уровень заглубления РВБ в расплав изменяли от 25 мм до 70 мм с шагом 5 мм (при заглублении 25 мм было проведено 3 обработки, 30 мм — 3, 35 мм — 4, 40 мм — 5, 45 мм — 11, 50 мм — 18, 55 мм — 2, 60 мм — 3, 65 мм — 2, 70 мм — 3).

В результате проведённых экспериментов были получены следующие средние значения основных технологических показателей: извлечение Мп — 0,495 моль (0,09 %), Si — 0,343 моль (0,03 %), скорость насыщения марганцем — 0,01 %/мин, кремнием — 0,0035 %/мин, нагрева — 6,4°С/мин.

Полученные в ходе экспериментов результаты позволили установить влияние величины заглубления РВБ в железоуглеродистый расплав на количество восстановленных элементов и скорость нагрева металла (рис. 3). Данные рисунка 3 свидетельствуют о том, что увеличение заглубления дугового разряда с 0,025 м до 0,070 м позитивно сказывается на двух основных показателях процесса ДГВ, а именно на количестве восстановленных для раскисления-легирования элементов и скорости нагрева расплава, которые возрастают в 4,1 и 1,8 раза соответственно.

При реализации данной технологии основная задача сводилась к углетермиче-скому извлечению из шлака Мп, а Si восстанавливается попутно и может даже выступать в качестве дополнительного восстановителя. Поэтому все основные технологические параметры (температура расплава перед обработкой, состав, основность, электропроводность и другие свойства РВС) были ориентированы на максимальное насыщение расплава марганцем,

что и имело место по результатам лабораторных и промышленных экспериментов. Однако отмечено, что при большем заглублении разница в количестве восстановленных молей Мп и Si значительно снижается и при величине этого параметра более 0,05 м исчезает практически полностью (рис. 4). Это свидетельствует о возникновении благоприятных термодинамических условий для восстановления Si, имеющего температуру начала восстановления (1640 °С), значительно превышающую температуру начала восстановления Мп из оксида (1400 °С) и силиката (1500 °С).

я 7>' я

± 6,1 д

А 5,1 о

§

Ш 2,(

w «

7 = 1757 fix2 - § ),Шх+ 6,3006

),895 (

ч

> "

= -105,45:-:2+3: .31 Зх- 0,3245

R2= 0, 564

Л

д. z> ¿г Zu»!

Заглубление дуги, м

Рисунок 3 Влияние уровня заглубления РВБ на количество восстановленных элементов и скорость нагрева

Рисунок 4 Влияние уровня заглубления РВБ на извлечение Мп и

Металлургия и материаловедение

Как было отмечено выше, эффективность современных металлургических технологий в значительной степени определяется затратами энергии. Поэтому было проанализировано влияние заглубления дугового разряда в объём обрабатываемого металла на расход электроэнергии. реализованный при проведении экспериментов процесс ДГВ характеризовался изменением большого количества параметров, и для учёта их влияния в качестве характеристики энергозатрат можно принять расход электроэнергии (кВтч) на восстановление 1 % Мп и Si в 1 кг обрабатываемого расплава и нагрев его на 1 °С при длительности обработки 1 ч (кВт ч/(кг % °С ч)) или удельную мощность, подводимую в зону заглублённого дугового разряда для реализации технологии (кВт/(кг%°С)).

Обработка результатов проведённых экспериментов позволила установить характер изменения удельных затрат электроэнергии в зависимости от уровня заглубления дугового узла (рис. 5).

Представленные на рисунке 5 данные свидетельствуют о том, что зависимость удельных затрат электроэнергии от уровня заглубления дуги носит нелинейный характер. Для используемой конструкции РВБ и технологических параметров обработки можно выделить три наиболее характерных участка, соответствующих экспериментальному уровню заглубления: 0,025-0,040 м, 0,045-0,055 м и 0,060-0,070 м.

Рисунок 5 Влияние уровня заглубления РВБ на удельный расход электроэнергии

При заглублении до 0,04 м удельный расход электроэнергии возрастает, что может быть связано с потерями тепла в окружающую среду вследствие недостаточной теплоизоляции дугового разряда и оголения поверхности металла при воздействии на него дуги. При этом наблюдался повышенный барботаж верхних объёмов расплава и брызгообразование.

Погружение дуги в объём металла на 0,045-0,055 м обеспечивает снижение удельных энергозатрат и в данных условиях является оптимальным, обеспечивая при этом высокую степень восстановления элементов и скорость нагрева.

В соответствии с рисунками 3 и 4 увеличение уровня заглубления во всём исследованном диапазоне повышает эффективность обработки с точки зрения извлечения элементов и нагрева металла. Однако удельный расход электроэнергии при заглублении на 0,06-0,07 м так же, как и для диапазона 0,025-0,040 м, характеризуется повышенными значениями. Объяснить это можно природой существования заглублённого дугового разряда.

Полученный расчётом теоретически возможный уровень заглубления дуги в металлический расплав для наших условий находится в пределах 0,1-0,2 м и по данным работы [7] всегда превышает значения, получаемые исследователями в реальных условиях.

При проведении экспериментальных исследований по обработке методом ДГВ с погружением РВБ в железоуглеродистый расплав на 0,06-0,07 м отмечалось нестабильное горение дуги с частым её прерыванием, что требовало повторного зажигания путём поднятия и опускания электродов, вызывало увеличение расхода электроэнергии и снижало КПД дугового узла. Поэтому для данной конструкции РВБ, состава РВС и электрических параметров обработки оптимальным является диапазон заглубления 0,050-0,055 м.

Таким образом, проведённые исследования позволили установить зависимости ме-

жду рассматриваемыми технологическими параметрами, которые свидетельствуют о положительном влиянии уровня заглубления РВБ в металлический расплав на количество восстанавливаемых Мп и Si, а также скорость нагрева металла. Кроме того, установленная зависимость расхода электроБиблиографический список

энергии от уровня заглубления дугового разряда позволила определить оптимальную глубину погружения дуги в расплав, которая для использованных конструкции и состава РВБ составляет 0,050-0,055 м и обеспечивает минимальный удельный расход электроэнергии на реализацию процесса ДГВ.

1. Электродуговая и электромагнитная обработка расплавов [Текст] : монография / А. Н. Смирнов и др. — Алчевск : ДонГТУ, 2013. — 320 с.

2. Металлургические мини-заводы [Текст] : монография / А. Н. Смирнов и др. — Донецк : ДонНТУ, 2005. — 469 с.

3. Казачков, Е. А. Расчёты по теории металлургических процессов [Текст] : учеб. пособ. для вузов / Е. А. Казачков. — М. : Металлургия, 1988. — 288 с.

4. Крамаров, А. Д. Электрометаллургия стали и ферросплавов [Текст] : учеб. пособ. для вузов /А. Д. Крамаров, А. Н. Соколов. — М. : Металлургия, 1976. — 376 с.

5. Рысс, М. А. Производство ферросплавов [Текст] : учеб. пособ. для вузов / М. А. Рысс. — М. : Металлургия, 1985. — 344 с.

6. Еднерал, Ф. П. Электрометаллургия стали и ферросплавов [Текст] : учебник / Ф. П. Еднерал. — М. : Металлургия, 1977. — 488 с.

7. Лесков, Г. И. Электрическая сварочная дуга [Текст] / Г. И. Лесков. — М. : Машиностроение. — 1970. — 335 с.

8. Низяев, К. Г. Нагрев стали электрической дугой, погружённой в жидкий металл [Текст] / К. Г. Низяев //Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2007. — № 3. — С. 24-25.

9. Семирягин, С. В. Физико-химические условия процесса дугового восстановления магния под слоем металлического расплава [Текст] / С. В. Семирягин и др. // Сборник научных трудов ДонГТУ. — Алчевск : ДонГТУ, 2004. — № 18. — С. 192-203.

© Куберский С. В.

Рекомендована к печати д.т.н., проф., зав. каф. МЧМ ДонГТУНовохатским А. М., консультантом по вопросам качества кокса и технологии доменной плавки Филиала № 12 ЗАО «ВНЕШТОРГСЕРВИС», к.т.н. Кузьменко В. Ф.

Статья поступила в редакцию 07.03.18.

к.т.н. Куберський С. В. (ДонДТУ, м. Алчевськ, ЛНР)

АНАЛ1З ВПЛИВУ ГЛИБИНИ ЗАНУРЕННЯ ДУГОВОГО РОЗРЯДУ В РОЗПЛАВ НА ЕФЕКТИВШСТЬ ВИЛУЧЕННЯ МАНГАНУ I КРЕМН1Ю З С1Л1КОМАРГАНЦЕВОГО ШЛАКУ

Визначено температури початку в1дновлення основних компонент1в рудно-в1дновлювальног сум1ш1 на баз1 шлаку в1д виробництва сил1комарганцю за р1зних значень тиску в систем1 7 показано незначне збыьшення значень цього термодинам1чного параметру при заглибленм реакщй-ног зони врозплав на величину до 300 мм. Встановлено залежност1, що св1дчать про позитивний вплив р1вня заглиблення дуги в розплав на стутнь вилучення Мп 7 Si та швидюсть нагр1вання металу, а також показано, що оптимальне його значення для рудно-в1дновлювальних блоюв ви-користаног конструкци 7 складу становить 0,050-0,055 м та забезпечуе мШмальт питом1 ви-трати електроенергИ на реал1зацт процесу дугового глибинного в1дновлення.

Ключовi слова: термодинам1ка, температура, в1дновлення, заглиблена дуга, надлишковий тиск, стутнь вилучення, швидюсть нагр1вання, витрата електроенергИ.

PhD Kuberskiy S. V. (DonSTU, Alchevsk, LPR)

IMPACT ANALYSIS OF THE IMMERSION DEPTH OF THE ARC CHARGE INTO MELT RELATIVE TO EFFICIENCY OF MANGANESE AND SILICON EXTRACTION FROM SILICOMANGANESE SLAG

The starting reduction temperatures have been found out for the main components of the slag-based ore-reduction mixture from silicomanganese at different pressure in the system, and an insignificant increase in the values of this thermodynamic parameter is shown when the reaction zone penetrates the melt by up to 300 mm. Dependencies have been determined that indicate a positive effect of arc penetration level into the melt on the extraction ofMn and Si and the rate of metal heating, and it is also shown that its optimal value for ore-reduction blocks of the structure and composition used is 0,050-0,055 m and provides a minimum specific power consumption to implement the process of arc deep reduction.

Key words: thermodynamics, temperature, reduction, buried arc, overpressure, extraction rate, heating rate, power consumption.