С использованием классического уравнения Аррениуса проанализированы для расплавов железа зависимости их свойств (плотность, вязкость, электропроводность, поверхностное натяжение, эффективная температуропроводность) от обратной температуры. Найдены температуры полиморфного превращения микроструктуры жидкости в зависимости от ее перегрева над линией ликвидус. Результаты проведенного анализа могут быть использованы при разработке современной технологии термовременной обработки стали.

Роль гидродинамики при разработке и совершенствовании металлургической технологии показана на примере докторской диссертации И.Г.Казанцева. В статье приведены некоторые фрагменты диссертации, не потерявшие актуальности за прошедшие 50 лет.

С использованием теории капиллярных, гравитационных и волн ускорения рассмотрены процессы продувки ванны в конвертерах, мартеновских печах и ковшах, гидродинамика струй жидкой стали при разливке.

Разработана система перелива жидкой стали в промежуточном ковше с фильтрующими перегородками и газовой защитой. Рассмотрен механизм удаления крупных и мелких неметаллических включений в промежуточном ковше с перегородками и подачей аргона в разливочную камеру. Приведены результаты промышленных плавок, подтверждающих эффективность предлагаемой системы очистки стали от неметаллических включений.

Изложены результаты физического моделирования процессов обработки металлических расплавов при внедрении в них различных струй: газовой при криогенной, атмосферной и плазменной температурах, а также вихревой и сплошной самого расплава. Путем сравнительных исследований сделаны выводы, относящиеся к особенностям формирования зон внедрения струй, масштабам пульсаций размеров зон, глубинам внедрения струй, величинам газовых объемов, межфазных площадей и энергий перемешивания расплавов.

Выполнен термодинамический анализ фазовых равновесий, устанавливающихся при раскислении и легировании металлических расплавов системы Fe-Si-Cr-Mn-O-C. Результаты анализа представлены в виде поверхностей растворимости компонентов в жидком металле для систем Fe-Si-Cr-O-C, Fe-Cr-Mn-O-C и Fe-Si-Cr-Mn-O. Показано, что из равновесных диаграмм вытекает построение диаграмм расхода легирующих и раскисляющих компонентов, позволяющих проектировать фазовый и химический состав равновесных неметаллических включений в стали.

Определены основные принципы построения математической модели процесса окисления углерода в жидкой стали, объединяющей два масштабных уровня: макроуровень, включающий перенос в объемах расплава, и микроуровень - процессы на границах дисперсных фаз. Сделана попытка объединения математического описания крупно- и мелкомасштабного уровня. Численная реализация модели показала высокую степень ее адекватности реальным процессам.

Рассмотрены различные математические модели ликвации примесей в процессе затвердевания стальных слитков. Проанализированы: модель ликвации примеси в условиях плоского фронта затвердевания, статистическая модель химической неоднородности крупных стальных слитков, условия вымывания примесей из междендритных участков, модель микроликвации примесей в условиях дендритного роста, модель образования отрицательной ликвации в донной части слитка.

Выполнен критический анализ существующих представлений о процессе формирования крупных стальных слитков спокойной стали и методах исследования этого процесса. Путем компьютерного моделирования и экспериментальными методами изучены теплофизические и гидродинамические условия разливки и затвердевания листовых слитков массой 10 - 30 т. Показано, что за счет улучшения качества жидкой стали, оптимизации геометрических параметров слитков, режимов их отливки и выдержки в изложницах, возможно получение крупного слитка с высокой степенью физической и химической однородности.

Проанализированы варианты внепечной обработки металла, улучшающие качество стали. Получены уравнения работы и мощности перемешивания металла аргоном в ковше, рассчитаны их значения для условий обработки стали в 350-тонном сталеразливочном ковше. Рассмотрены вопросы внепечного рафинирования стали жидкими известково-глиноземистыми синтетическими шлаками и твердыми шлакообразующими смесями, модифицирования НВ порошкообразными материалами и улучшения с их помощью свойств металлопродукции.

Рассмотрена десульфурация металла с позиции смешанной теории строения шлака без и с учетом доли ионной и ковалентной связи. Лабораторными и промышленными исследованиями показана взаимосвязь комплексных параметров, характеризующих термодинамическое состояние взаимодействующих шлакометаллических расплавов. В результате теоретических и экспериментальных исследований предложен универсальный комплексный параметр, дополнено и уточнено балансовое уравнение для анализа десульфурации в сталеплавильных процессах.

Показаны возможности повышения выхода годного металла со слитков и машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) "встроенных" в действующие предприятия. Обоснована связь между выходом годного металла и расположением МНЛЗ на плане металлургического завода.

Рассмотрены современные направления развития электрошлаковой технологии (ЭШТ) в производстве высококачественных крупнотоннажных заготовок различного назначения. Приведены примеры применения ЭШТ в производстве валков прокатных станов. Показана эффективность нового варианта ЭШТ - электрошлаковой наплавки с использованием жидкого присадочного металла.

Разработана математическая, газо- и гидродинамическая модели процесса дегазации железоуглеродистых расплавов от водорода продувкой аргоном через пористые швы днища сталеразливочного ковша. Результаты моделирования позволили оптимизировать режимы продувки жидкого металла инертным газом с целью наиболее полного удаления водорода из железоуглеродистого расплава.

На основе полученного решения дифференциального уравнения диффузии с помощью интеграла ошибок Гаусса рассмотрено изменение концентрации кислорода по толщине окалины и металла, описываемое кусочно-непрерывной функцией, претерпевающей разрыв непрерывности на границах фаз. Такая окалина образуется на различных металлах: меди, железе, вольфраме, марганце и др. Приведено решение кокретной задачи образования многослойной окалины, образующейся на плоской поверхности стального изделия.

Рассмотрены методы и результаты исследований процессов рафинирования металлического расплава на холодных химико-гидродинамических моделях и экспериментах с железоуглеродистыми расплавами с применением дисперсных газообразующих реагентов. Выявлены условия и возможности рафинирования металла от растворенного в нем азота.

В последние годы теория и передовая практика сталеплавильного производства в Украине по ряду вопросов получили дальнейшее развитие. Однако в целом все отчетливее проявляется отставание отечественных цехов от лучших зарубежных. Раскрыты наиболее современные технологии, которые следует внедрить в ближайшие 10-15 лет, как требующие малых затрат, но дающие наибольшую отдачу. В дальнейшем на первое место должны выйти задачи освоения и широкого применения приведенных нетрадиционных и экологически наиболее чистых технологий.

Используя полидисперсную модель течения выполнен анализ влияния самых важных факторов нетурбулентной природы на параметры газодисперсного потока в заглубленной под металл фурме. Учтены межфазное и внутрифазное взаимодействия. Результаты можно использовать для разработки моделей сложных газодисперсных течений в инжекционной металлургии, выработки рекомендаций по совершенствованию продувочных аппаратов и технологических режимов по вдуванию двухфазных рабочих тел под расплав.

Изложена методика расчета параметров межатомного взаимодействия в молекулярных и кристаллических соединениях, использованная для разработки физико-химических моделей строения металлических и шлаковых расплавов и определения интегральных и парциальных критериев, характеризующих их структурное состояние и реакционную способность. Проанализирована связь этих критериев с основными свойствами расплавов и предложены уравнения для расчета по их сочетанию энтальпий и энергий Гиббса металлических расплавов, вязкости и поверхностного натяжения шлаков. Конкретизированы на уровне численных расчетов представления о кооперативном характере ионообменных процессов в системе металл - шлак.

Рассмотрены результаты промышленных исследований применения пульсирующего дутья в различных сталеплавильных процессах. Эффективным способом управления непрерывным сталеплавильным процессом является использование пульсирующего кислородного потока с регулируемыми амплитудно-частотными характеристиками, создаваемого фурмами специальной конструкции. Установлен рациональный спектр частот пульсаций дутья для различных условий продувки.