Стовба Я. В. Фізико-хімічний аналіз нерівноважних взаємодій фаз при одержанні високовуглецевого феромарганцю з метою інтенсифікації процесу

Дисертаційна робота присвячена аналізу нерівноважності основних реакцій, що протікають при виплавці вуглецевого феромарганцю та визначення на цій основі величин нерівноважних реальних коефіцієнтів розподілу елементів між шлаком та металом. Для побудови динамічної моделі розроблена модель фізико-хімічних взає-модій при формуванні кінцевого складу феромарганцю, визначені кінетичні показ-ники витрати вуглецевого відновника. Експериментально визначені кількісні характеристики швидкості витрати вуг-лецю на відновлення елементів у системі Fe-Mn-Si-O-C в умовах флюсової плавки високовуглецевого феромарганцю. Обробкою літературних і власних експеримента-льних даних по кінетиці відновлення елементів з рідких шлаків отримано вираз для визначення швидкості витрати вуглецю на процес, який є функцією складу шлаків і параметрів рівноважного стану. Проведено дослідження впливу складу шлаків і те-мператури на склад рівноважного металу. Розроблена якісна модель фізико-хімічних взаємодій при формуванні розплаву Mn-Fe-C у рудовідновлювальній печі та показа-но, що процес формування складу високовуглецевого феромарганцю починається з утворення карбіду заліза, продовжується з утворенням карбіду марганцю та компле-ксного залізомарганцевого карбіду. Система метал-шлак у ванні печі має відхилен-ня від рівноваги по окремих елементах. При стаціонарному плині процесу величина нерівноважності системи метал-шлак по елементах зберігається. Це дає можливість використовувати фактичні (нерівноважні) коефіцієнти розподілу елементів між шлаком і металом для складання балансових рівнянь, що є основними при побудові математичної моделі процесу. Зроблено оцінку можливості протікання реакції окислювання вуглецю у ванні печі при виробництві високовуглецевого феромарганцю. При нормальних умовах об'єм СО, що виділяється, склав 0,09 - 0,01 кг/(м3?с). Це прискорює перемішування металу, збільшуючи перенос елементів в об'ємі й масообмін на межах фаз. Метода-ми фізичного моделювання проведені дослідження переносу в металевому розплаві, що барботується, при наявності в ньому гетерогенної зони. Показано, що при цьому має місце істотний турбулентний перенос у порівнянні з металом, що не перемішу-ється. При тривалому періоді між випусками 3-4 години забезпечується практично повне усереднення складу металевого розплаву у ванні печі при виплавці високову-глецевого феромарганцю. Розроблена динамічна модель одержання феромарганцю у вигляді системи ча-сткових моделей для кожної зони печі по вертикальному перерізі робочого просто-ру. Часткова модель описується системою рівнянь матеріального балансу й залеж-ностей, що визначають величину відхилення системи від рівноваги. Розроблені ал-горитми розрахунку рівноважних складів металу та шлаку по статичній моделі оде-ржання вуглецевого феромарганцю з урахуванням нерівноважності основних реак-цій, реалізовані у вигляді програмного засобу та передано для проведення відповід-них досліджень до Нікопольського заводу феросплавів.