Массообмен при электрошлаковых процессах с расходуемым электродом и с жидким металлом

$\rightarrow$ Том 21, выпуск 4 (2020)

А. П. Стовпченко $^{1,2}$ , А. В. Сибирь $^{2,3}$ , А. А. Полишко $^1$ , Л. Б. Медовар $^{1,2}$ , Я. В. Гусев $^1$

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

Получена 02.07.2020; окончательный вариант — 09.10.2020 Скачать  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)

B.Е. Paton and B.I. Medovar, Electroslag Metal (Kiev: Naukova Dumka: 1981) (in Russian).
B.I. Medovar, А.K. Tsykulenko, and V.L. Shevtsov, Metallurgy of Electroslag Process (Kiev: Naukova Dumka: 1986) (in Russian).
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
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.
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
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
М.М. Klyuev and S.V. Wolkov, Ehlektroshlakovaya Pereplavka [Electroslag Remelting] (Moscow: Metallurgy: 1984) (in Russian).
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).
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).
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).
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).
L.B. Medovar, А.P. Stovpchenko, А.N. Golovachev, and B.B. Fedorovsky, Electrometallurgy Today, No. 3: 12 (2013) (in Russian).
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).
I.V. Chumanov and D.A. Pyatygin, Izvestiya VUZov. Chernaya Metallurgiya, No. 3: 22 (2006) (in Russian).
K. Kajikawa, A. Mitchell, and K.M. Kelkar, Proc. IFM 2014 (Tokyo: Japan Steel Castings and Forgings Association: 2014), p. 124.
B. Hernandez-Morales and A. Mitchell, Ironmaking & Steelmaking, 26, No. 6: 423 (1999). https://doi.org/10.1179/030192399677275
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
W. Fang, J. Baleta, Q. Wang, and B. Li. Open Physics, 17, No. 1: 743 (2019). https://doi.org/10.1515/phys-2019-0078
A. Mitchell and S. Joshi, Metallurgical Transactions, 4: 631 (1973). https://doi.org/10.1007/BF02643068
М.М. Klyuev and А.F. Kablukovsky, Metallurgiya Ehlektroshlakovoy Pereplavki [Metallurgy of Electroslag Remelting] (Moscow: Metallurgiya: 1969) (in Russian).
G.I. Zhmoidin, Vosstanovlenie i Rafinirovanie Zheleza [Recovery and Refining of Iron] (Moscow: Nauka: 1969) (in Russian).
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).
I. Garevskikh, Yu. Shulte, V. Maximenko, and B. Speransky, Stal’, No. 1: 39 (1962) (in Russian).
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
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
R. Clift, J.R. Grace, and M.E. Weber, Bubbles, Drops, and Particles (New York–London: Academic Press: 1978).
E.E. Michaelides, Particles, Bubbles & Drops: Their Motion, Heat and Mass Transfer (World Scientific: 2006). https://doi.org/10.1142/6018
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
S. Middleman, Modeling Axisymmetric Flows: Dynamics of Films, Jets, and Drops (Academic Press: 1995).
A.F. Yang, A. Karasev, and P.G. Jonsson, ISIJ International, 55, No. 3: 570 (2015). https://doi.org/10.2355/isijinternational.55.570
P.K. Iwamasa and R.J. Fruehan, ISIJ International, 36, No. 11: 1319 (1996). https://doi.org/10.2355/isijinternational.36.1319
V.G. Yefimova, Metall i Lit’ye Ukrainy, No. 1: 248 (2014) (in Russian).
G. Brooks, Y. Pan, Subagyo, and K. Coley Metall. Mater. Trans. B, 36: 525 (2005). https://doi.org/10.1007/s11663-005-0044-x
Subagyo and G. Brooks, ISIJ International, 42, No. 10: 1182 (2002). https://doi.org/10.2355/isijinternational.42.1182
C. Yang and Z. Mao, Numerical Simulation of Multiphase Reactors with Continuous Liquid Phase (Academic Press: 2014).
V.G. Levich, Fiziko-Khimicheskaya Gidrodinamika [Physical-Chemical Hydrodynamics] (Moscow: PhysMatGiz: 1962 (in Russian).
S.L. Soo, Fluid Dynamics of Multiphase Systems (Waltham, Mass., Blaisdell Pub. Co.: 1967).
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).
М.М. Kjuyev and Yu.M. Mironov, Stal’, 6: 511 (1967) (in Russian).
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).
W.E. Ranz and W.R. Marshall, Jr., Chem. Eng. Prog., 48, No. 3: 141 (1952); ibid. 173 (1952).