Високотемпературне дослідження особливостей верхньої продувки конвертерної ванни з використанням фурм, що забезпечують генерацію озону високовольтним електричним розрядом
DOI:
https://doi.org/10.15407/steelcast2026.01.016Ключові слова:
киснева продувка у конвертері, киснева фурма зі щілинним соплом, озон, високовольтна електрична активація, окислювальні процесиАнотація
В сучасних умовах киснево-конвертерний спосіб виробництва сталі лишається одним з найпоширеніших методів отримання металу конструкційного призначення. При цьому його продуктивність визначається швидкістю перебігу окислювальних хімічних процесів, що включають видалення надлишкового вмісту таких домішок, як кремній, сірка, фосфор та вуглець. При використанні класичної технології киснево-конвертерної плавки у якості окислювача використовується технічно чистий кисень. З метою збільшення швидкості протікання окислювальних хімічних перетворень в шлако-металевій ванні кисневого конвертера авторами проведено високотемпературне дослідження з визначення особливостей впливу додаткового введення у окислювальний газ озону на особливості перебігу параметрів процесу конвертування. Особливістю зазначеного дослідження було використання методу генерації озону безпосередньо на виході з сопла за рахунок впливу високовольтного електричного розряду (високовольтна активізація). Для генерації озону були розроблені фурми спеціальної конструкції: з щілинним соплом й з щілинним соплом та трьома циліндричними соплами. В ході виконання досліджень було встановлено, що продувка крізь щілинне сопло характеризується жорсткою взаємодією зі шлако-металевою фазою, що відображається у низькому рівні підйому ванни протягом продувки, однак шлак характеризується достатньою рідкорухомістю завдяки підвищеному вмісту оксидів заліза й забезпечує достатні показники видалення фосфору й сірки. Використання фурми, оснащеної щілинним соплом з високовольтною активізацією кисневого потоку, сприяє підвищенню ефективності окислювальних процесів і, як наслідок, викликає підвищення вмісту оксидів заліза ІІІ в шлаку. Однак високовольтна активізація у зазначеному випадку супроводжується значним підвищенням жорсткості продувки. Гідродинамічний режим плавки нормалізується завдяки введенню до конструкції наконечника трьох додаткових циліндричних сопел (при збереженні загальної пропускної здатності). Це сприяє пришвидшенню «запалювання плавки», активізації всіх окислювальних процесів у шлако-металевій фазі з високою ефективністю засвоєння вапна та шлакоутворення.
Завантажити
Посилання
Semykin, S. I., Poliakov, V. F., & Semykina, Ye. V. (2006). Issledovanie elektricheskih harakteristik, prisushchih processu konvertirovania zelezo-uglerodistogo rasplava [A study of the electrical characteristics inherent in the process of converting of iron-carbon melts]. Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy, (12), 133-140 [in Russian].
Semykin, S. I., & Golub, T. S. (2018). Investigation of electric potential difference during the top oxygen blowing in converter. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 88(1), 35-40. https://doi.org/10.5604/01.3001.0012.5869
Semykin, S. I., Poliakov, V. F., Dudchenko, S. A., Golub, T. S., Vakulchuk, V. V., & Semykina, Ye. V. (2013). Eksperimentalnye issledovania v laboratornyh usloviiah ICHM efektivnosti vliiania elektricheskih vozdeistviy na rasplav chuguna pri ego vnepechnom rafinirovanii granulirovannym magniem [Experimental studies in laboratory conditions of ISI NASU of the effectiveness of the influence of electrical effects on the hot metal melt during its out-of-furnace refining with granulated magnesium]. Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy, (27), 111-116 [in Russian].
Semykin, S. I., Poliakov, V. F., & Semykina, Ye. V. (2004). Resurso- i energosberegaushaia tehnologia konverternoi plavki s elektricheskimi vozdeistviiami [Resource- and energy-saving converter melting technology with electrical influences]. Metal and Casting of Ukraine, (11), 46-48 [in Russian].
Semykin, S. I., Golub, T. S., & Dudchenko, S. A. (2020). Improving the Efficiency of the Low-Voltage Potential Application Method at Top Oxygen Blowing in Converter. Sci. innov., 16(2), 72-79. https://doi.org/10.15407/scine16.02.072
Semykin, S. I., Poliakov, V. F., Semykina, Ye. V., Kiiashko, T. S., & Semykina, A. S. (2009). Sopostavlenie efectivnosti rafinirovania metalla v konvertere i stalerazlivochnom kovshe pri nalozenii elektricheskogo potentsiala [Comparison of the efficiency of metal refining in a converter and a steel-pouring ladle under the application of an electric potential]. Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy, (19), 134-139 [in Russian].
Semykin, S. I., Poliakov, V. F., & Semykina, Ye. V. (1999). Issledovanie sovmestnogo vozdeistvia na zidkuu zelezo-uglerodistuiu vannu elektricheskih i magnitnyh polei [A study of the combined effects of electric and magnetic fields on a liquid iron-carbon bath]. Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy, (3), 188-193 [in Russian].
Semykin, S. I., Poliakov, V. F., & Semykina, Ye. V. (2005). Kompleksnoe ispolzovanie nizkovoltnoi elektricheskoi energii pri konverternoi plavke [Integrated use of low-voltage electrical energy in converter melting]. Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy, (11), 105-109 [in Russian].
Semykin, S. І., Golub, T. S., Molchanov, L. S., Dudchenko, S. О., & Vakulchuk, V. V. (2025). Environmental aspects of using oxygen blowing with prior electrical activation in oxygen converters. Energy Technologies & Resource Saving, 83(2), 107-116. https://doi.org/10.33070/etars.2.2025.09
McElroy, C. T., & Fogal, P. F. (2008). Ozone: From discovery to protection. Atmosphere-Ocean, 46(1), 1-13. https://doi.org/10.3137/ao.460101
Manley, T. C., & Niegowski, S. J. (1967). Ozone encyclopedia of chemical technology. New York: John Wiley & Sons, 432 p.
Biletskii, V. S. (Ed.) (2007). Mala hirnycha entsiklopedia [Small Mining Encyclopedia]. Donbas, vol. 2, 670 p. [in Ukrainian].
Wei, L., Xu, S., Sun, S., & Zhang, Y. (2026). Research progress in ozone generation technology and applications: A review. Process Safety and Environmental Protection, 208, 108460. https://doi.org/10.1016/j.psep.2026.108460
Cook, G. A. (1982). Industrial uses of ozone. J. Chem. Educ., 59(5), 392. https://doi.org/10.1021/ed059p392
Epelle, E. I., Macfarlane, A., Cusack, M., Burns, A., Okolie, J. A., Mackay, W., Rateb, M., & Yaseen, M. (2023). Ozone application in different industries: A review of recent developments. Chemical Engineering Journal, 454, part 2, 140188. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140188
Leontieff, D. A., Ikehata, K., Inanaga, Y., & Furukawa, S. (2025). Ozone for Industrial Wastewater Treatment: Recent Advances and Sector Applications. Processes, 13(8), 2331. https://doi.org/10.3390/pr13082331
Epelle, E. I., Macfarlane, A., Cusack, M., Burns, A., Thissera, B., Mackay, W., Rateb, M. E., & Yaseen, M. (2022). Bacterial and fungal disinfection via ozonation in air. Journal of Microbiological Methods, 194, 106431. https://doi.org/10.1016/j.mimet.2022.106431
Viñals, J., Juan, E., Ruiz, M., Ferrando, E., Cruells, M., Roca, A., & Casado, J. (2006). Leaching of gold and palladium with aqueous ozone in dilute chloride media. Hydrometallurgy, 81(2), 142-151. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2005.12.004
Kholikulov, D. B., Aripov, A. R., Khujakulov, N. B., Buronov, A. B., & Azimova, A. B. (2019). Extraction of metals by using ozone from residue solutions of metallurgical production. Proceedings of the II International Conference “Integrated Innovative Development of the Zarafshan Region: Achievements, Problems and Prospects”: collection of articles. Navoi: Alisher Navoi Publishing House, 65-68.
Havlik, T., & Skrobian, M. (1990). Acid Leaching of Chalcopyrite in the Presence of Ozone. Can. Metall. Q., 29(2), 133-139. https://doi.org/10.1179/000844390795576102
Kuznetsova, A., Yates, J. T., Zhou, G., Yang, J. C., & Chen, X. (2001). Making a Superior Oxide Corrosion Passivation Layer on Aluminum Using Ozone. Langmuir, 17(7), 2146-2152. https://doi.org/10.1021/la001300x
Saidinik, F., & Behnejad, H. (2023). Comparing oxidation of aluminum by oxygen and ozone using reactive force field molecular dynamics simulations. J. Nanopart. Res., 25, 95. https://doi.org/10.1007/s11051-023-05739-w
Fink, C. K., Nakamura, K., Ichimura, S., & Jenkins, S. J. (2009). Silicon oxidation by ozone. Phys. Condens. Matter., 21(18), 183001. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/18/183001
Kazor, A., & Boyd, I. W. (1993). Ozone-induced rapid low temperature oxidation of silicon. Appl. Phys. Lett., 63(18), 2517-2519. https://doi.org/10.1063/1.110467
Pat. SU1354713, С 21 С 5/04. Lipuhin, Yu. V., Shcheholev, A. P., Zhavoronkov, Yu. I., Davydov, Yu. N., Nikolaev, B. N., Klimov, L. P., Zinchenko, S. D. [Method of steelmaking]. App. 3979015/02 22.11.85; Publ. 15.01.92, Bull. 2 [in Russian].
Liu, J., Peng, X., Wang, X., Zhong, X., & Wang, J. (2025). Electrochemical ozone production: from fundamental mechanisms to advanced applications. EES Catal., 3, 170-204. https://doi.org/10.1039/D4EY00204K
Semykin, S. I., Golub, T. S., Dudchenko, S. O., Vakulchuk, V. V., & Prokopenko, P. G. (2025). Research of the features of ozone propagation along an oxygen jet created by a high-voltage electric discharge at the outlet of a blowing lance. Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Series: Technical Sciences, (51), 86-93. https://doi.org/10.31498/2225-6733.51.2025.344661 [in Ukrainian].
Boichenko, B. M., Okhotskii, V. B., & Harlashin, P. S. (2006). Konverternoe proizvodstvo stali: teoria, tehnologia, kachestvo stali, konstruktsii agregatov, retsirkoliatsia materialov i ekologia [Converter steel production: theory, technology, steel quality, unit designs, material recycling and ecology]. Dnepr-VAL [in Russian].
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 С.І. Семикін, Т.С. Голуб, Л.С. Молчанов, С.О. Дудченко
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
