Разработана методика расчета основных энергетических параметров плазменных ковшей-печей, которая дает возможность определить мощность и основные электрические характеристики плазменных источников нагрева для ковшей-печей емкостью от 30 до 100 т в широком диапазоне технологических режимов в зависимости от требуемой технологией скорости нагрева металлического расплава.

Даны краткие характеристики доменного и альтернативных способов получения металла из железосодержащих материалов. Показано, что применение плазменных технологий позволяет существенно сократить расход кокса в доменной печи, а также дает возможность осуществления процессов в шахтных печах без коксовой насадки при использовании плазмотронов. Описаны основные способы жидкофазного восстановления. Оценены возможности применения плазменных технологий для прямого восстановления железа. Предложена схема плазменной переработки железорудного сырья.

Предложена схема плазменного жидкофазного восстановления железа из его оксидов. Показано, что содержание серы и фосфора в полученном продукте в несколько раз меньше допустимого для передельного чугуна.

С использованием хроматографического анализа определено изменение состава отработанного газа во времени в ходе плазменного жидкофазного восстановления железа из железорудных окатышей газообразными восстановителями при их пиролизе и воздушной конверсии.

Установлено, что на скорость и полноту протекания процесса жидкофазного восстановления железа из оксидов с применением газообразных восстановителей наибольшее влияние оказывают температура в реакционном пространстве, расход и состав восстановителя, а также основность шлака. Описаны оборудование и методика исследования процесса при использовании плазменного нагрева, обеспечивающего необходимую температуру и активирующего восстановитель. Определены влияние расхода и состава газообразного восстановителя на эффективность его использования, скорость и полноту прохождения реакций восстановления, влияние основности шлака на полноту восстановления железа и содержание в нем серы и фосфора при использовании плазменных источников теплоты.

Проведены экспериментальные исследования эрозии медных водоохлаждаемых анодов в аргоне при различных значениях тока дуги в плазмотроне прямого действия. Определен ориентировочный ресурс работы таких электродов, выработаны рекомендации для дальнейших исследований с целью создания мощного высокоресурсного дугового источника нагрева.

Определены вольт-амперные характеристики и градиенты напряжения дуг в условиях плазменного жидкофазного восстановления железа. Выявлены зависимости температуры шлакометаллического расплава от ряда факторов. Предложены и оптимизированы удельные энергетические, геометрические и технологические параметры плавильных реакторов на базе ДСП и РВП для плазменного жидкофазного восстановления железа.

Представлен теоретический анализ, который дал возможность рассмотреть достоинства прогрессивной технологии сталеплавильного производства, определить специфику основных процессов плазменно-шлаковой металлургии, рассчитать парциальное давление компонентов и состав парогазовой фазы над шлаками флюорито-известковой и известково-глиноземно-силикатной систем. Экспериментальные исследования позволили уточнить некоторые особенности пирометаллургических реакций в системе газ (плазма) - шлак - металл при выплавке шарикоподшипниковой и нержавеющих сталей, низкоуглеродистого железа, высокоуглеродистого феррохрома и легирования железа хромом при использовании в качестве источника теплоты плазменно-дуговых моделей.

Исследованы электрические и энергетические параметры трехфазной системы дуг переменного тока в широком диапазоне технологических режимов воздушной плазменной конверсии пылеугольного топлива. Определен состав газа, образующегося в процессе конверсии. Выявлено, что для повышения теплоты сгорания конвертированного газа (увеличения содержания водорода и уменьшения содержания азота в смеси отводимых из плазменного реактора газов) следует проводить воздушно-паровую плазменную конверсию пылеугольного топлива.

Рассмотрено изменение структуры материала электродов под воздействием различных технологических параметров в процессе эксплуатации. Определено влияние тока, продолжительности работы и формы электрода на характеристику микроструктуры электродного материала. Полученные результаты имеют важное практическое значение для создания дуговых нагревателей с высоким ресурсом работы электродов.

Установлено електричні характеристики дуги змінного струму плазмово-дугового нагрівача прямої дії за використання відновлювальних газів як плазмотвірних. Доведено більшу ефективність піролізу вуглеводнів в плазмі дуги над залізорудним розплавом з утворенням сажі у порівнянні з повітряною конверсією. Показано, що підвищення основності шлакового розплаву за ПДВ з 0,1 до 1,2 сприяє підвищенню ступеня вилучення заліза з 65 до 90 %. Установлено, що за регулювання основності в межах 0,8 - 1,2 можна одержувати продукт із вмістом кремнію 0,12 - 0,03 мас. %. Концентрація вуглецю складає 0,02 мас. %, сірки і фосфору - близько 0,007 мас. %. Показано доцільність розробки та визначено особливості технології пароводяної газифікації вугільного пилу, в якій джерелом теплоти є електроенергія. Запропоновано технологічну схему виробництва сталі із залізорудної сировини, яка передбачає попереднє твердофазне й остаточне рідкофазне відновлення заліза газоподібними відновлювачами в печі з плазмово-дуговим нагрівом і подальшу переробку рідкого металу в агрегатах позапічної обробки сталі.

Рассмотрены особенности кристаллизационного рафинирования крупных монокристаллов плоской формы. На базе полученных зависимостей с использованием аналитических и численных методов проведен анализ влияния технологических режимов на поведение трудноудаляемых примесей.

Исследован состав газовой фазы при плазменно-дуговом переплаве заготовки, скомпактированной из неочищенной стружки. Результаты анализа на содержание газов и углерода в полученном слитке свидетельствуют о возможности переработки такой стружки по предложенному способу.

Работа направлена на изучение основных газодинамических характеристик плазмотрона с полым катодом, что, в конечном итоге, должно привести к созданию высокоресурсного металлургического плазмотрона. Показана взаимосвязь вихревого эффекта и газодинамики полого электрода плазмотрона. Дано описание физической модели плазмотрона с полым электродом для исследования распределения в нем газовых потоков. Показано, что на выходе из завихрителя пристеночный поток представляет собой несколько отдельных спирально закрученных жгутов, направленных как в электрод, так и в сопло. В результате в центральной части полости формируется область пониженного давления. Определено изменение давления пристеночного вихревого потока на стенку полого электрода по мере удаления этого потока от камеры завихрителя в зависимости от глубины полости электрода и давления газа, подаваемого в камеру завихрителя. Исследовано распределение давления выходящего потока газа по сечению сопла модели плазмотрона. На основании анализа литературных данных и собственных предварительных экспериментов предложена гипотетическая схема движения потоков газа в плазмотроне с полым электродом.

Індекс рубрикатора НБУВ: К314.17-5-01 + В333.11

Рубрики:

Плазмова металургія

Генератори (джерела) і прискорювачі плазми

Шифр НБУВ: Ж14257 Пошук видання у каталогах НБУВ 

В Институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины разрабатывается способ плазменно-дугового жидкофазного восстановления железа газообразными восстановителями, в частности продуктами пиролиза углеводородов, с получением низкоуглеродистого металла. Установлено, что увеличение основности шлакового расплава способствует возрастанию степени извлечения железа при прочих равных условиях. Причиной этого эффекта является повышение активности оксида железа в шлаковом расплаве при увеличении его основности, которое сопровождается снижением активности диоксида кремния. В результате концентрация кремния в полученном металле снижается до 0,03 мас. %. Благодаря повышению активности оксида железа при увеличении основности шлакового расплава возрастает эффективность использования восстановителя, полученного при пиролизе восстановительного газа на основе пропана. Зависимость окисленности отработанных газов, которая является характеристикой эффективности использования восстановителя, от активности оксида железа в шлаковом расплаве в исследованном диапазоне носит линейный характер и находится вблизи равновесных значений.

Определены технологические особенности плазменно-дугового переплава (ПДП) заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей типа Х18Н10Т. Для переплава заготовок диаметром 100 мм выбраны кристаллизаторы круглый диаметром 125 мм и квадратный со стороной 125 мм. Установлены оптимальные режимы переплава заготовок в условиях ПДП на печи УПП-3. Определено, что для получения более качественных слитков стружку аустенитных нержавеющих сталей перед компактированием необходимо промывать от смазочно-охлаждающих жидкостей. Исходя из металлографических исследований для снижения содержания азота в готовом металле необходимо производить защиту зоны компактирования аргоном. Для сокращения количества неметаллических включений и улучшения качества поверхности слитка переплав заготовок следует производить на скоростях не более 2 - 4 мм/мин.

Рассмотрены механизмы появления дефектов, основные типы разрушений и причины выхода из строя медных кристаллизаторов МНЛЗ. Определены недостатки и критерии отбраковки узких и широких стенок кристаллизатора МНЛЗ. Рассмотрены некоторые способы повышения стойкости стенок кристаллизаторов (упрочнение металла и применение износостойких покрытий). Дана характеристика материалу, используемому для стенок кристаллизаторов. Рассмотрены легирующие элементы, служащие для упрочнения и повышения температуры рекристаллизации медных сплавов при практически неизменной теплопроводности. Выявлены недостатки существующих способов упрочнения медных плит кристаллизаторов МНЛЗ. Проведен анализ сплавов на основе меди для изготовления кристаллизаторов МНЛЗ. Показаны наиболее распространенные покрытия. Выявлены основные недостатки применяемых покрытий. Рассмотрены основные способы восстановления и упрочнения поверхностного слоя плит кристаллизаторов. Предложена технология плазменно-дугового рафинирования поверхности для восстановления и легирования поверхностного слоя медных плит кристаллизаторов МНЛЗ.

С целью определения области устойчивой работы плазмотрона косвенного действия исследовано поведение дуги в плазмотроне с вихревой подачей плазмообразующего газа при регулировании тока дуги, давления и направления подачи газа. Установлено, что подача газа только через осевой канал катода не может обеспечить устойчивую работу плазмотрона из-за привязки дуги к горизонтальной площадке анода, что приводит к быстрому износу последнего. Подача газа в завихритель, расположенный в межэлектродной области плазмотрона, позволила перемещать анодное пятно дуги с горизонтальной на цилиндрическую поверхность осевого канала сопла и обеспечивать вращение анодного, а при повышении давления - и катодного конца дуги. Получена область устойчивого горения дуги в координатах ток-давление подаваемого газа. Одновременная подача газа через боковой завихритель и центральный осевой канал при встречных направлениях вихревых потоков способствует увеличению области устойчивого горения дуги. Показано, что конфигурация камеры плазмотрона оказывает существенное влияние на стабильность дугового разряда. Дальнейшие исследования в этом направлении позволят определить конструктивные параметры плазмотрона косвенного действия, обеспечивающие его стабильную и эффективную работу.

Рассмотрены источники образования металлических отходов и актуальность их переработки. Проанализированы легирующие элементы, присутствующие в металлических отходах, которые могут быть утрачены в процессе переработки. Рассмотрены способы переплава металлических легковесных отходов без предварительной подготовки (плазменно-дуговой, индукционный, электрошлаковый), показаны их эффективность и недостатки. Определено, что для удобства загрузки стружки в печь ее необходимо предварительно скомпактировать с целью уменьшения объема (в 8 раз). Рассмотрены способы подготовки отходов, которыми являются холодное и электроимпульсное, электротермическое виды компактирования, их эффективность и недостатки. Приведены результаты переплава скомпактированных заготовок способами ЕШП и ПДП.