vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2025-2(52)-75-84vsgiu-257Research ArticleРаздел 2. Металлургия и материаловедениеSection 2. Metallurgy and Materials ScienceАНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПОДОБИЯ И МЕТОДИКИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КОНВЕРТЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ. СООБЩЕНИЕ 1THE ANALYSIS OF SIMILARITY CONDITIONS AND THE METHODOLOGY OF HIGH-TEMPERATURE MODELING OF CONVERTER PROCESSES. MESSAGE 1https://orcid.org/0000-0002-7554-2168ПротопоповЕвгений ВалентиновичProtopopovEvgenii V.

д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Ferrous Metallurgy and Chemical Technology

protopopov@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4403-9006УманскийАлександр АлександровичUmanskiiAleksandr A.

д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Ferrous Metallurgy and Chemical Technology

umanskiy_aa@sibsiu.ruБеленецкийЕвгений АнатольевичBelenetskiiEvgeny A.

магистрант кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Master's Student at the Department of Ferrous Metals and Chemical Technology

info@vpk-oil.ruФатьяновСергей СергеевичFat'yanovSergey S.

магистрант кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Master's Student at the Department of Ferrous Metals and Chemical Technology

vestnicsibgiu@sibsiu.ruПолежаевСергей АлександровичPolezhaevSergey A.

магистрант кафедры металлургии черных металлов и химическойтехнологии

Master's Student at the Department of Ferrous Metallurgy and Chemical Technology

vestnicsibgiu@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8098-5895ЗапольскаяЕкатерина МихайловнаZapolskayaEkaterina M.

к.т.н., с.н.с. лаборатории электронной микроскопии и обработки изображений

Cand. Sci. (Eng.), senior researcher Laboratory of Electron Microscopy and ImageProcessing

beloglazova-ekat@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202507072025027584Copyright © Протопопов Е.В., Уманский А.А., Беленецкий Е.А., Фатьянов С.С., Полежаев С.А., Запольская Е.М., 20252025Протопопов Е.В., Уманский А.А., Беленецкий Е.А., Фатьянов С.С., Полежаев С.А., Запольская Е.М.Protopopov E., Umanskii A., Belenetskii E., Fat'yanov S., Polezhaev S., Zapolskaya E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/257

Рабочее пространство конвертера рассматривается как совокупность отдельных реакционных зон, что способствует изучению механизма физико-химических явлений в каждой зоне и в целом в системе кислородные струи – металл – шлак – отходящий поток газов. Выполнение условий подобия позволяет в некотором диапазоне качественно реализовывать высокотемпературное моделирование, а частичное нарушение тех или иных условий подобия будет приводить к осуществлению только приближенного моделирования. Выполнены анализ и обоснование основных положений методики высокотемпературного моделирования конвертерного процесса с комбинированной продувкой конвертерной ванны. Сформированы основные условия аэрогидродинамического и динамического подобия при использовании для продувки расплава разноимпульсных газовых потоков, которые в совокупности с условиями геометрического и физического подобий позволяют с большей достоверностью переносить полученные результаты с модели на образец. Предварительно для каждого эксперимента разрабатывается технологическая карта, обеспечивающая заданные параметры дутьевого и шлакового режимов плавки с использованием присадок фракционных извести и плавикового шпата. Рассмотренные условия и основные безразмерные критерии подобия позволяют переносить полученные результаты на промышленные образцы. Разработан и усовершенствован комплекс лабораторных установок и методик, позволяющих с использованием фото- и видеосъемки визуализировать процесс взаимодействия газовых струй с шлако-металлической эмульсией в конвертере, получать информацию о параметрах образующихся реакционных зон и выходе газов на поверхность металлической ванны.

The working space of the converter is considered as a set of separate reaction zones, which contributes to the study of the mechanism of physico-chemical phenomena in each zone and in the oxygen jets – metal – slag – exhaust gas system as a whole. The fulfillment of similarity conditions allows high-temperature modeling to be qualitatively implemented in a certain range, and a partial violation of one or another of the considered similarity conditions will lead to the implementation of only approximate modeling. The analysis and substantiation of the main provisions of the methodology of high-temperature modeling of the converter process with combined purging of the converter bath has been performed. The basic conditions of aerohydrodynamic and dynamic similarity are formed when using multi-pulse gas flows for purging a melt, which, together with the conditions of geometric and physical similarity, make it possible to transfer the results obtained from the model to the sample with greater reliability. A technological map is developed preliminarily for each experiment, providing the specified parameters of blast and slag melting modes using fractional lime and fluorspar additives. The considered conditions and the basic dimensionless similarity criteria make it possible to transfer the results obtained to industrial designs. A set of laboratory facilities and techniques has been developed and improved that make it possible to visualize the interaction of gas jets with a slag-metal emulsion in a converter using photo and video recordings, to obtain information about the parameters of the reaction zones formed and the gases escaping to the surface of a metal bath.

теория подобиявысокотемпературное моделированиеконвертеркомбинированная продувкаsimilarity theoryhigh temperature modelingconvertercombined purgeReferencesКоотц Т., Беренс К., Маас Г., Баумгартен П. Некоторые вопросы теории кислородно-конвертерного процесса. Дискуссия. Черные металлы. 1965;15:4252.Kootts T., Berens K., Maas G., Baumgarten P. Some questions of the theory of the oxygen-converter process. Discussion. Chernye metal-ly. 1965;15:4252. (In Russ.).Зарвин Е.Я., Чернятевич А.Г., Волович М.И., Никитин Ю.П., Дорошенко В.А. Изучение процесса продувки конвертерной ванны с использованием фотокиносъемки. Известия вузов. Черная металлургия. 1974;12:3337.Zarvin E.Ya., Chernyatevich A.G., Volovich M.I., Nikitin Yu.P., Doroshenko V.A. Study of the process of purging a converter bath using photo and film photography. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1974;12:3337. (In Russ.).Borowsld К., Maatsch I. Technische Mittei-lungen Krupp: Forschungsberichte. 1964;22:63‒64.Borowsld К., Maatsch I. Technische Mittei-lungen Krupp: Forschungsberichte. 1964; 22:63, 64.Чернятевич А.Г., Зарвин Е.Я. К вопросу горячего моделирования кислородно-конвертерного процесса. Известия вузов. Черная металлургия. 1978;4:4046.Chernyatevich A.G., Zarvin E.Ya. On the is-sue of hot modeling of the oxygen-converter process. Izvestiya. Chernaya metallurgiya. 1978;4:4046. (In Russ.).Лякишев Н.П., Шалимов А.Г. Сравнительная характеристика состояния кислородно-конвертерного производства стали в Рос-сии и за рубежом. Москва: Элиз; 2000:64.Lyakishev N.P., Shalimov A.G. Comparative characteristics of the state of oxygen converter steel production in Russia and abroad. Mos-cow: Eliz; 2000:64. (In Russ.).Буданов И.А., Устинов В.С. Перспективы развития металлургического производства в России. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической ин-формации. 2014;(5(1373)):3–12.Budanov I.A., Ustinov V.S. Prospects for de-velopment of metallurgical production in Rus-sia. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2014;(5(1373)):3–12. (In Russ.).Баптизманский В.И., Охотский В.Б. Физико-химические основы кислородно-конвертер-ного процесса. Киев-Донецк: Вища школа. 1981:83.Baptizmanskii V.I., Okhotskii V.B. Physico-chemical principles of the oxygen converter process. KievDonetsk: Vishcha shkola. 1981:83. (In Russ.).Явойский В.И., Дорофеев Г.А, Повх И.Л. Теория продувки сталеплавильной ванны. Москва: Металлургия. 1974:495.Yavoiskii V.I., Dorofeev G.A, Povkh I.L. The-ory of steel bath blowing. Moscow: Metal-lurgiya. 1974:495. (In Russ.).Чернятевич А.Г., Протопопов Е.В. Разра-ботка наконечников двух контурных фурм для кислородных конвертеров. Известия ву-зов. Черная металлургия. 1995;12:13–17.Chernyatevich A.G., Protopopov E.V. Devel-opment of tips for two contour tuyeres for ox-ygen converters. Izvestiya. Chernaya metallurgiya. 1995;12:13–17. (In Russ.).Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г., Юдин С.В. Исследование химических и температурных градиентов в конвертерной ванне с исполь-зованием высокотемпературного моделиро-вания. Известия вузов. Черная металлургия. 1997;10:20–24.Protopopov E.V., Chernyatevich A.G., Yudin S.V. Investigation of chemical and temperature gradients in a converter bath using high-temperature modeling. Izvestiya. Chernaya metallurgiya. 1997;10:20–24. (In Russ.).Brun L.C. Overcapacity in Steel: China’s Role in Global Problem. Center of Globalization, Governance & Competitiveness, Duke Uni-versity; 2016:54Brun L.C. Overcapacity in Steel: China’s Role in Global Problem. Center of Globalization, Governance & Competitiveness, Duke Uni-versity; 2016:54Yusupkhodjayev A.A. Theory Waste Free Technology on the Ferrous Metallurgy. Tash-kent: TSTU; 2017:4Yusupkhodjayev A.A. Theory Waste Free Technology on the Ferrous Metallurgy. Tash-kent: TSTU; 2017:4Chong Y.T., Teo K.M., Tang L.C. A lifecycle-based sustainability indicator framework for waste-to-energy systems and a proposed met-ric of sustainability. Renewable and Sustai na-ble Energy Reviews. 2016;56:797–809.Chong Y.T., Teo K.M., Tang L.C. A lifecycle-based sustainability indicator framework for waste-to-energy systems and a proposed met-ric of sustainability. Renewable and Sustai na-ble Energy Reviews. 2016;56:797–809.Su F., Lampinen H.-O., Robinson R. Recy-cling of sludge and dust to the BOF converter by cold bonded pelletizing. ISIJ International. 2004;44(4):770–776. https://doi.org/10.2355/isijinternational.44.770Su F., Lampinen H.-O., Robinson R. Recy-cling of sludge and dust to the BOF converter by cold bonded pelletizing. ISIJ International. 2004;44(4):770–776. https://doi.org/10.2355/isijinternational.44.770Matsubae-Yokoyama K., Kubo H., Nagasaka T. Re-cycling effects of residual slag after magnetic separation for phosphorus recovery from hot metal dephosphorization slag. ISIJ Interna-tional. 2009;95(3):306–312.Matsubae-Yokoyama K., Kubo H., Nagasaka T. Re-cycling effects of residual slag after magnetic separation for phosphorus recovery from hot metal dephosphorization slag. ISIJ Interna-tional. 2009;95(3):306–312.Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г. Иссле-дование взаимодействия кислородных струй с отходящими конвертерными газами. Изве-стия вузов. Черная металлургия. 1996;10:5–9.Protopopov E.V., Chernyatevich A.G. Study of the interaction of oxygen jets with convert-er exhaust gases. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1996;10:5–9. (In Russ.).Марков Б.Л. Физическое моделирование в металлургии. Москва: Металлургия. 1984:120.Markov B.L. Physical modeling in metallurgy. Moscow: Metallurgiya, 1984:120. (In Russ.).Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г. Условия подобия при высокотемпературном модели-ровании конвертерных процессов. Аэрогид-родинамическое подобие. Известия вузов. Черная металлургия. 1997;8:26–31.Protopopov E.V., Chernyatevich A.G. Similar-ity conditions in high-temperature modeling of converter processes. Aerohydrodynamic similarity. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1997;8:26–31. (In Russ.).Ляхтер В.М., Прудовский А.М. Гидравличе-ское моделирование. Москва: Энергоатом-издат. 1984:292.Lyakhter V.M., Prudovskii A.M. Hydraulic modeling. Moscow: Energoatomizdat. 1984:292. (In Russ.).Чернятевич А.Г. Высокотемпературное мо-делирование кислородно-конвертерного процесса. Известия вузов. Черная метал-лургия. 1991;12:1618.Chernyatevich A.G. High-temperature model-ing of the oxygen-converter process. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1991;12:1618. (In Russ.).Баптизманский В.И., Меджибожский М.Я., Охотский В.Б. Конвертерные процессы производства стали. Киев-Донецк: Вища школа. 1984:344.Baptizmanskii V.I., Medzhibozhskii M.Ya., Okhotskii V.B. Converter processes for steel production. Kiev-Donetsk: Vishcha shkola. 1984:344. (In Russ.).Охотский В.Б., Чернятевич А.Г. Модель процесса рафинирование металла при про-дувке его кислородом сверху. Известия ву-зов. Черная металлургия. 1972;10:6164.Okhotskii V.B., Chernyatevich A.G. Model of the process of metal refining by blowing oxy-gen from above. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1972;10:6164. (In Russ.).Сизов А.М. Газодинамика и теплообмен газовых струй в металлургических процес-сах. Москва: Металлургия. 1987:256.Sizov A.M. Gas dynamics and heat transfer of gas jets in metallurgical processes. Moscow: Metallurgiya. 1987:256. (In Russ.).Охотский В.Б., Баптизманский В.И., Про-свирин К.С., Щедрин Г.А. Строение реак-ционной зоны при продувке металла кисло-родом. Известия вузов. Черная металлур-гия. 1973;8:5053.Okhotskii V.B., Baptizmanskii V.I., Prosvirin K.S., Shchedrin G.A. The structure of the reaction zone when blowing metal with oxygen. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1973;8:5053. (In Russ.).Зарвин Е.Я., Чернятевич А.Г., Волович М.И., Никитин Ю.П., Дорошенко В.А. Изучение процесса продувки конвертерной ванны с использованием фотокиносъёмки. Известия вузов. Черная металлургия. 1974;12:3337.Zarvin E.Ya., Chernyatevich A.G., Volovich M.I., Nikitin Yu.P., Doroshenko V.A. Study of the process of purging a converter bath using pho-to-film shooting. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1974;12:3337. (In Russ.).Зарвин Е. Я., Чернятевич А.Г., Волович М.И. Наблюдение через прозрачную стенку за поведением конвертерной ванны при про-дувке. Известия вузов. Черная металлургия. 1975;2:3742.Zarvin E.Ya., Chernyatevich A.G., Volovich M.I. Observation through a transparent wall of the behavior of the converter bath during blow-ing. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1975;2:3742. (In Russ.).Чернятевич А.Г., Зарвин Е.Я., Борисов Ю.Н. Макрокартина физических явлений в реак-ционной зоне кислородного конвертера при про-дувке многосопловыми фурмами. Известия вузов. Черная металлургия. 1977;12:6165.Chernyatevich A.G., Zarvin E.Ya., Borisov Yu.N. Macro picture of physical phenomena in the reaction zone of an oxygen converter during blowing with multi-nozzle tuyeres. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1977;12:6165. (In Russ.).Чернятевич А.Г., Зарвин Е.Я., Борисов Ю.Н., Волович М.И. О механизме образования выбросов из кислородного конвертера с верхней продувкой. Известия вузов. Черная металлургия. 1976;10:5459.Chernyatevich A.G., Zarvin E.Ya., Borisov Yu.N., Volovich M.I. On the mechanism of emission formation from a top-blown oxygen converter. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1976;10:5459. (In Russ.).Чернятевич А.Г., Протопопов Е.В. Экспе-риментальное изучение параметров реакци-онной зоны конвертерной ванны в условиях комбинированной продувки. Известия ву-зов. Черная металлургия. 1991;6:1724.Chernyatevich A.G., Protopopov E.V. Exper-imental study of the parameters of the reac-tion zone of the converter bath under com-bined blowing conditions. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1991;6:1724. (In Russ.).Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г. О повы-шении эффективности продувки конвер-терной ванны с дожиганием отходящих га-зов в полости конвертера. Известия вузов. Черная металлургия. 1996;2:15.Protopopov E.V., Chernyatevich A.G. On in-creasing the efficiency of converter bath blowdown with afterburning of exhaust gases in the converter cavity. Izvestiya. Chernaya metallurgiya. 1996;2:15.Чернятевич А.Г., Протопопов Е.В., Ганзер Л.А. О некоторых особенностях окисления приме-сей в конвертерной ванне при комбиниро-ванной продувке. Известия вузов. Черная металлургия. 1987;4:2530.Chernyatevich A.G., Protopopov E.V., Ganzer L.A. On some features of oxidation of impurities in the converter bath during combined blowing. Izvestiya. Chernaya metallurgiya. 1987;4:2530.Чернятевич А.Г., Протопопов Е.В. Экспе-риментальное изучение параметров реакци-онной зоны конвертерной ванны в условиях комбинированной продувки. Известия ву-зов. Черная металлургия. 1991;6:1724.Chernyatevich A.G., Protopopov E.V. Exper-imental study of the parameters of the reac-tion zone of the converter bath under com-bined blowing conditions. Izvestiya. Chernaya metallurgiya. 1991; 6:1724.Разработка и создание испытательного по-лигона по изучению конвертерных процес-сов. Отчет по НИР. Сибирский металлурги-ческий институт (СМИ). Руководитель Про-топопов Е.В. Инв. № 02920005710. Ново-кузнецк. 1991:64.Development and creation of a test site for studying converter processes. Research report. Siberian Metallurgical Institute (SMI). Super-visor Protopopov E.V. Inv. No. 02920005710. Novokuznetsk. 1991:64.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.