А.В. Явойский, П.С. Харлашин

Т.М. Чаудри

Посвящается памяти

Владимира Ивановича Явойского

Научные основы современных сталеплавильных процессов

УДК 669. 18 (073).

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ / А. В. Явойский, П.С. Харлашин, Т.М. Чаудри Мариуполь, 2003 – 276 с.

Книга посвящена изучению физико-химической природы процессов, протекающих в сталеплавильных агрегатах. Приведены результаты собственных лабораторных и полупромышленных исследований авторов, обобщены многочисленные данные, приводимые в периодической литературе и посвященные проблеме совершенствования рафинирования стали в процессах плавки и внеагрегатной обработки, а также дан общий анализ имеющихся сведений на основе современных физико-химических представлений.

Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников металлургического и литейного производства. Может быть полезна студентам и аспирантам вузов соответствующих специальностей. Ил. , табл. , библиогр. список назв.

Рецензенты:

Д-р техн. наук, проф. А.Г. Чернятевич

Д-р техн. наук, проф. О.В. Носоченко

Посвящается в.И. Явойскому

Владимир Иванович Явойский родился 10 февраля 1910 года в г. Устюжны Вологодской области в семье учителей гимназии. В 1914 году семья из Устюжны переехала на Урал. Здесь после окончания школы Владимир Иванович продолжил образование в Пермском индустриальном техникуме. После окончания в 1930 году работал на ряде металлургических заводов Урала (Нижние Серьги, Аланаевск) и одновременно заочно учился в Уральском Политехническом институте (УПИ). В 1938 году после окончания с отличием заочного отделения УПИ он поступил в аспирантуру на кафедру металлургии стали. Исследования физико-химических основ процессов дегазации стали и отработка технологических режимов ведения плавки, обеспечивающих их реализацию, составили предмет его диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук, которую он успешно защитил в 1942 году и был избран ассистентом кафедры. Впоследствии в середине 50-х годов ведущие американские металлурги отмечали, что своими работами В.И. Явойский на 10-15 лет опередил исследования этой проблемы в США.

В связи с начавшейся Великой Отечественной войной Явойский был откомандирован на Ново-Тагильский металлургический завод, который срочно переводился на выпуск оборонной продукции. Вместе с Владимиром Ивановичем здесь работали инженеры, мастера, прославленные сталевары. Это содружество сталеплавильщиков разработало новую технологию производства стали, обеспечившую не только отличное качество, но и рекордно высокую в то время производительность мартеновских печей. В результате уже в начале 1943 года тагильские металлурги полностью обеспечивали нужды танкостроителей в металле. Высокое качество складывалось не только из самоотверженного труда металлургов сталеплавильщиков, но и передового научного потенциала ученых-металлургов, одним из ярких представителей которых был В.И. Явойский.

В возрасте 39 лет, в 1949 году, Явойский защитил докторскую диссертацию. В 1950 году он был избран заведующим кафедрой металлургии стали Киевского Политехнического института, которую он возглавлял в продолжении шести лет. Под его научным руководством была организована научно-исследовательская лаборатория по определению содержания газов и неметаллических включений в стали, проведены исследования физико-химических закономерностей её производства.

В 1956 году Явойский был избран на должность заведующего кафедрой металлургии стали Московского института стали, которую возглавлял более 25 лет. В 1956 – 1958 годах он работал в Индии экспертом ЮНЕСКО по металлургии, где активно участвовал в организации учебного процесса в Кхаракпурском и Бомбейском технологических институтах. В это время В.И. Явойским был написан на английском языке учебник по производству стали.

С 1960 по 1961 годы В.И. Явойский работал проректором по учебной работе, а с 1961 по 1965 годы ректором Московского института стали и сплавов. Именно в это время при его активном участии произошло объединение Московского института стали и Института цветных металлов и золота, что существенно укрепило научно- педагогический потенциал института.

Благодаря исключительной энергии и настойчивости В.И. Явойского в Московском институте стали и сплавов были организованы лаборатории физико-химических исследований свойств металлургических расплавов и исследования физико-химических процессов производство стали, научным руководителем которых он являлся. Деятельность руководимых им лабораторий была тесно связана с решением задач металлургической и машиностроительной промышленности.

Профессором В.И. Явойским была создана известная научная школа в области теоретической металлургии; он имел тесные научные контакты с ведущими учеными металлургами как нашей страны, так и за рубежом. В 1969 году он был избран почетным доктором Кошицкой высшей школы в Чехословакии, а в 1972-м почетным членом Общества Чугуна и стали Японии.

По материалам проведенных исследований профессором В.И. Явойским опубликовано свыше 550 научных статей, 16 монографий и 2 учебника. Научные работы В.И. Явойского широко известны как в нашей стране, так и за рубежом. Монография «Теория процессов производства стали», где впервые были отражены основные теоретические положения сталеплавильного производства, отмечена Государственной премией СССР 1969 года. Эта книга в начале 70-х годов была издана в Германии, США и Японии.

В 1982 году Государственной премией СССР также были отмечены заслуги профессора Явойского В.И. в области изучения структуры и свойств металлургических расплавов и проблем повышения качества стали.

В 1975 году Государственной премии Украинской ССР был удостоен созданный авторским коллективом во главе с Явойским В.И. межвузовский учебник «Металлургии стали», который получил широкое признание педагогической и научной общественности.

Большое внимание профессор В.И. Явойский уделял подготовке научных кадров высшей квалификации. Под его научным руководством было подготовлено и защищено свыше 150 кандидатских диссертаций. Он подготовил большое количество аспирантов для Индии, Египта, Китая, Вьетнама, Германии, Болгарии, Чехословакии и других стран. В.И. Явойский являлся научным консультантом по 20 докторским диссертациям. Ученые, защитившие свои докторские диссертации, работают в ряде учебных (А.М. Бигеев, В.А. Кудрин, Д.Ф. Чернега и др.) и научно-исследовательских институтах страны (В.И. Лакомский, Л.А. Смирнов, Р.В. Старов). В МИСИиС он подготовил докторов наук сталеплавильщиков В.П. Лузгина, А.Ф. Вишкарёва, А.В. Явойского, Д.И. Бородина, А.Г. Свяжина.

В.И. Явойский был награжден орденом Октябрьской Революции, двумя орденами Трудового Красного Знамени, медалями за успешную подготовку специалистов для ГДР награжден правительством этой страны орденом «За заслуги перед Отечеством»

На протяжении многих лет профессор В.И. Явойский занимался активной научно-общественной работой в ВАК СССР, Комитете по присуждению Ленинских и Государственных премий СССР, в ряде научно-технических советов, являлся членом нескольких редакционных коллегий журналов по специальности и издательства «Металлургия». В течение ряда лет был членом коллегии Министерства Высшего образования СССР, он был председателем институтского общества советско-чехословацкой дружбы.

Это был человек огромной энергии, стремительной творческой мысли, неутомимый, прогрессивный, блестящий организатор и чрезвычайно скромный. Несмотря на большую занятость общественными делами он продолжал вести интенсивную научно-исследовательскую и педагогическую работу. В своих учениках он, прежде всего, старался воспитать Гражданина, Человека, Ученого. И сам всегда и везде показывал образец принципиальности, честности, человечности, добросовестности и преданности делу. Решением Совета инженерно-физического факультета КПИ для студентов установлена стипендия имени профессора В.И. Явойского.

Владимир Иванович скончался 4 сентября 1988 года. Светлая память о Владимире Ивановиче Явойском всегда сохранится в сердцах его учеников и последователей.

Предисловие

Совершенствование применяемых и создание новых сталеплавильных процессов обусловливают повышенные требования к уровню теоретических знаний, необходимость улучшения использования научного потенциала, существенного расширения объема проводимых научных исследований и разработок, а также резкого повышения эффективности их практического применения. В свете этих решений необходимо уделять большое внимание математическому описанию металлургических процессов, составлению их точных алгоритмов. Математическое моделирование должно быть основано на реально построенном эксперименте. Использование результатов математического моделирования в производстве стали должно обеспечить повышение качества металла.

Книга посвящена изучению физико-химической природы процессов, протекающих в сталеплавильных агрегатах. Приведены результаты собственных лабораторных и полупромышленных исследований авторов, обобщены многочисленные данные, приводимые в периодической литературе и посвященные проблеме совершенствования рафинирования стали в процессах плавки и внеагрегатной обработки, а также дан общий анализ имеющихся сведений на основе современных физико-химических представлений. Приводимые данные могут быть полезны металлургам, занимающимся производством и повышением качества обычных, углеродистых и низколегированных марок стали, независимо от того, где они работают: в научно-исследовательских организациях, в проектных институтах или непосредственно на производстве.

Термодинамика большинства процессов рафинирования металлической ванны при выплавке стали в конвертерах и подовых сталеплавильных агрегатах, а также при ковшовых методах обработки стали исследована уже достаточно хорошо, что позволило рассмотреть кинетику отдельных процессов рафинирования металла. В ряде случаев не удалось установить строгие математические зависимости скоростей изменения концентраций того или иного компонента от всех параметров, могущих оказывать на нее влияние. Однако в предлагаемой книге показаны последовательные стадии рассматриваемого процесса рафинирования, на конкретных примерах описаны методы определения ведущего звена процесса и рекомендованы способы воздействия на это ведущее звено и, следовательно, методы ускорения всего рассматриваемого процесса. Дана общая оценка турбулентного массопереноса в объемах перемешиваемых жидких фаз (металла и шлака), а также приведена математическая зависимость скорости массопереноса газов – например, кислорода в газовой фазе, выраженная в критериальной форме.

Авторы выражают благодарность Смоляной О.В. и Левицкой Т.А. за помощь в оформлении книги.