Processing math: 100%

Массообмен при электрошлаковых процессах с расходуемым электродом и с жидким металлом

А. П. Стовпченко1,2, А. В. Сибирь2,3, А. А. Полишко1, Л. Б. Медовар1,2, Я. В. Гусев1

1Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, ул. Казимира Малевича, 11, 03150 Киев, Украина
2Инжиниринговая компания «ЕЛМЕТ-РОЛ», а/я 259, 03150 Киев, Украина
3Национальная металлургическая академия Украины, просп. Гагарина, 4, 49600 Днепр, Украина

Получена 02.07.2020; окончательный вариант — 09.10.2020 Скачать PDF logo PDF

Аннотация
Сравнение массообменных процессов при электрошлаковом переплаве с расходуемым электродом (ЭШП) и жидким металлом (ЭШП ЖМ) показало, что их рафинирующие возможности одинаковы, несмотря на меньшие (вдвое) в последнем случае поверхность контакта шлак–металл и перегрев металла (на 70–95 К). Показано, что капля жидкого металла в жидком шлаке движется быстрее, чем твёрдая сфера такого же диаметра за счёт эффекта движения металла внутри капли. В сопоставимых условиях экспериментально подтверждено, что десульфурация при ЭШП происходит в основном на поверхности контакта шлаковой и металлической ванн, а не в плёнке жидкого металла на торце расходуемого электрода.

Ключевые слова: электрошлаковый переплав с расходуемым электродом, критерии подобия, турбулентность, струя, десульфурация.

Citation: G. P. Stovpchenko, A. V. Sybir, G. O. Polishko, L. B. Medovar, and Ya. V. Gusiev, Mass Transfer in Electroslag Processes with Consumable Electrode and Liquid Metal, Progress in Physics of Metals, 21, No. 4: 481–498 (2020); doi: 10.15407/ufm.21.04.481


Цитированная литература (41)  
  1. B.Е. Paton and B.I. Medovar, Electroslag Metal (Kiev: Naukova Dumka: 1981) (in Russian).
  2. B.I. Medovar, А.K. Tsykulenko, and V.L. Shevtsov, Metallurgy of Electroslag Process (Kiev: Naukova Dumka: 1986) (in Russian).
  3. I. Gibson, D. Rosen, and B. Stucker, Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing (New York: Springer-Verlag: 2015). https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2113-3
  4. W.J. Sames, F.A. List, S. Pannala, R.R. Dehoff, and S.S. Babu, Int. Mater. Rev., 61, No. 5: 315 (2016). https://doi.org/10.1080/09506608.2015.1116649.
  5. R.J. Fruehan, O. Fortini, H.W. Paxtonand, and R. Brindle, Theoretical Minimum Energies to Produce Steel for Selected Conditions (Pittsburgh, PA: Carnegie Mellon University; Columbia, MD: Energetics, Inc.: 2000). https://doi.org/10.2172/769470
  6. L.A. Lisova, A.P. Stovpchenko, L.B. Medovar, and V.L. Petrenko, Electrometallurgy Today, No. 2: 3 (2017) (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/sem2017.02.01
  7. М.М. Klyuev and S.V. Wolkov, Ehlektroshlakovaya Pereplavka [Electroslag Remelting] (Moscow: Metallurgy: 1984) (in Russian).
  8. B.I. Medovar, А.V. Chernets, L.B. Medovar, V.E. Shevchenko, V.P. Trypolskaya, B.B. Fedorowsky, Yu.V. Orlowsky, A.P. Beloglazov, and I.А. Lantsman, Problemy Spetsialnoy Ehlektrometallurgii [Advances in Special Electrometallurgy], No. 1: 7 (1995) (in Russian).
  9. B.I. Medovar, А.V. Chernets, L.B. Medovar, B.B. Fedorowsky, V.E. Shevchenko, I.А. Lantsman, А.K. Tsykulenko, and V.I. Us, Problemy Spetsialnoy Ehlektrometallurgii [Advances in Special Electrometallurgy], No. 1: 3 (1997) (in Russian).
  10. B.I. Medovar, L.B. Medovar, V.Ya. Sayenko, and A.V. Chernets, Problemy Spetsialnoy Ehlektrometallurgii [Advances in Special Electrometallurgy], No. 3: 3 (1999) (in Russian).
  11. L.B. Medovar, А.К. Tsykulenko, A.V. Chernets, B.B. Fedorowsky, V.E. Shevchenko, I.А. Lantsman И.А., Ts.F. Grabowsky, V.I. Us, and V.L. Petrenko, Problemy Spetsialnoy Ehlektrometallurgii [Advances in Special Electrometallurgy], No. 4: 7 (2000) (in Russian).
  12. L.B. Medovar, А.P. Stovpchenko, А.N. Golovachev, and B.B. Fedorovsky, Electrometallurgy Today, No. 3: 12 (2013) (in Russian).
  13. B.I. Medovar, V.L. Shevtsov, and V.L. Martin, Ehlektroshlakovaya Tigel’naya Plavka i Razlivka Metalla [Electroslag Crucible Melting and Pouring of Metal] (Kiev: Naukova Dumka: 1988) (in Russian).
  14. I.V. Chumanov and D.A. Pyatygin, Izvestiya VUZov. Chernaya Metallurgiya, No. 3: 22 (2006) (in Russian).
  15. K. Kajikawa, A. Mitchell, and K.M. Kelkar, Proc. IFM 2014 (Tokyo: Japan Steel Castings and Forgings Association: 2014), p. 124.
  16. B. Hernandez-Morales and A. Mitchell, Ironmaking & Steelmaking, 26, No. 6: 423 (1999). https://doi.org/10.1179/030192399677275
  17. A. Kharicha, E. Karimi‐Sibaki, M. Wu, A. Ludwig, and J. Bohacek, Steel Research Intern., 89, No. 1: 1700100 2018. https://doi.org/10.1002/srin.201700100
  18. W. Fang, J. Baleta, Q. Wang, and B. Li. Open Physics, 17, No. 1: 743 (2019). https://doi.org/10.1515/phys-2019-0078
  19. A. Mitchell and S. Joshi, Metallurgical Transactions, 4: 631 (1973). https://doi.org/10.1007/BF02643068
  20. М.М. Klyuev and А.F. Kablukovsky, Metallurgiya Ehlektroshlakovoy Pereplavki [Metallurgy of Electroslag Remelting] (Moscow: Metallurgiya: 1969) (in Russian).
  21. G.I. Zhmoidin, Vosstanovlenie i Rafinirovanie Zheleza [Recovery and Refining of Iron] (Moscow: Nauka: 1969) (in Russian).
  22. A. Kharicha, A. Ludwig, M. Wu, H. Scholz, W. Schtzenhfer, G. Reiter, R. Tanzer, A. Mackenbrock, O. Köser, A. Carosi, R. Sorci, and F. Arcobello-Varlese, Integrated Simulation of Advanced Protective Gas Electroslag Remelting for the Production of High-Quality Steels (ISA-PESR) (Luxembourg: Publications Office of the European Union, Contract No. RFSR-CT-2004-00027: 2009).
  23. I. Garevskikh, Yu. Shulte, V. Maximenko, and B. Speransky, Stal’, No. 1: 39 (1962) (in Russian).
  24. A. Kharicha, A. Ludwig, and M. Wu, EPD Congress 2011 (Eds. S.N. Monteiro, D.E. Verhulst, P.N. Anyalebechi, and J.A. Pomykala) (Pittsburgh: The Minerals, Metals & Materials Society: 2011). https://doi.org/10.1002/9781118495285.ch84
  25. H. Wang, Y. Zhong, Q. Li, Y. Fang, W. Ren, Z. Lei, and Z. Ren, ISIJ International, 56, No. 2: 255 (2016). https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2015-581
  26. R. Clift, J.R. Grace, and M.E. Weber, Bubbles, Drops, and Particles (New York–London: Academic Press: 1978).
  27. E.E. Michaelides, Particles, Bubbles & Drops: Their Motion, Heat and Mass Transfer (World Scientific: 2006). https://doi.org/10.1142/6018
  28. C. Crowe, J. Schwarzkopf, M. Sommerfeld, and Y. Tsuji, Multiphase Flows with Droplets and Particles (Boca Raton: CRC Press: 2012). https://doi.org/10.1201/b11103
  29. S. Middleman, Modeling Axisymmetric Flows: Dynamics of Films, Jets, and Drops (Academic Press: 1995).
  30. A.F. Yang, A. Karasev, and P.G. Jonsson, ISIJ International, 55, No. 3: 570 (2015). https://doi.org/10.2355/isijinternational.55.570
  31. P.K. Iwamasa and R.J. Fruehan, ISIJ International, 36, No. 11: 1319 (1996). https://doi.org/10.2355/isijinternational.36.1319
  32. V.G. Yefimova, Metall i Lit’ye Ukrainy, No. 1: 248 (2014) (in Russian).
  33. G. Brooks, Y. Pan, Subagyo, and K. Coley Metall. Mater. Trans. B, 36: 525 (2005). https://doi.org/10.1007/s11663-005-0044-x
  34. Subagyo and G. Brooks, ISIJ International, 42, No. 10: 1182 (2002). https://doi.org/10.2355/isijinternational.42.1182
  35. C. Yang and Z. Mao, Numerical Simulation of Multiphase Reactors with Continuous Liquid Phase (Academic Press: 2014).
  36. V.G. Levich, Fiziko-Khimicheskaya Gidrodinamika [Physical-Chemical Hydrodynamics] (Moscow: PhysMatGiz: 1962 (in Russian).
  37. S.L. Soo, Fluid Dynamics of Multiphase Systems (Waltham, Mass., Blaisdell Pub. Co.: 1967).
  38. B.I. Brounshtein and V.V. Shchegolev, Gidrodinamika, Masso- i Teploobmen v Kolonnykh Apparatakh [Hydrodynamics of Mass and Heat Exchange in Column Apparatus] (Leningrad: Khimiya: 1988).
  39. М.М. Kjuyev and Yu.M. Mironov, Stal’, 6: 511 (1967) (in Russian).
  40. B.I. Brounstein and G.А. Fishbain, Gidrodinamika Masso- i Teploonmena v Dispersnykh Sistemakh [Hydrodynamics of Mass and Heat Exchange in Disperse Systems] (Leningrad: Khimiya: 1977) (in Russian).
  41. W.E. Ranz and W.R. Marshall, Jr., Chem. Eng. Prog., 48, No. 3: 141 (1952); ibid. 173 (1952).