Введение к работе
Актуальность темы. Современные предприятия , потребляющие металлопродукцию, предъявляют высокие требования к качеству сталей -совокупности свойств, обеспечивающих надежность и оптимальные условия эксплуатации конструкций и агрегатов, изготовленных из этих сталей.
Металлопродукция сталеплавильных агрегатов содержит различного рода примеси, источником которых являются шихта, легирующие материалы и раскислители. Попадающие в состав стали такие примеси как цинк, олово, свинец, сурьма, мышьяк в большинстве случаев не контролируются в элементном химическом составе плавок.
Вместе с тем эти примеси нежелательны, так как они интенсивно сегрегируются на свободных поверхностях по границам зерен и на границах раздела фаз, ослабляют связи между ними и, вызывая снижение межкристаллитной прочности, жаропрочности, термостойкости, ударной вязкости, сопротивления хрупкому разрушению, приводят к ухудшению горячей пластичности и красноломкости. Существенна роль примесей легкоплавких цветных металлов в образовании различных поверхностных и внутренних дефектов в деформированной стали и литых заготовках.
К настоящему времени отчетливо обозначилась проблема снижения содержания примесей цветных металлов в выплавляемой стали. Разрабатываемые способы выплавки и внепечной обработки стали с низким содержанием цветных металлов выполнены на уровне лабораторных исследований и в промышленных условиях пока не отработаны.
Остаются невыясненными закономерности физико-химического взаимодействия огнеупоров тепловых агрегатов с цветными легкоплавкими металлами, особенно при работе электродуговых печей, в которых эти металлы переходят в жидкое состояние при температурах намного ниже
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА [ , о» mjwf/ll
.... .. . nrr J
4 температуры выплавки стали, проникая в накапливаясь в объеме огнеупора. Гфоцессы взаимодействия этих примесей с огнеупорами и возможное нежелательное воздействие на качество стали практически не изучены.
Цель работы. Исследование и оценка возможного взаимодействия примесей цветных металлов с огнеупорами и последующего перехода этих примесей в жидкую сталь.
Работа выполнена в соответствии с грантом Министерства образования Российской Федерации ТО 2 - 051 - 03426 Мч Гр 3-03 «Исследование взаимодействия огнеупорной футеровки с цветными металлами, попадающими в состав металлургической шихты и являющимися одним из факторов, ухудшающим качество стали».
Научная новизна выносимых на защиту результатов работы:
впервые установлена возможность проникновения олова и цинка в огнеупорные материалы магнезит и хромомагнезит при температурах периода прогрева шихты - установлено, что процесс проникновения олова и цинка в магнезит и хромомагнезит является термоактивируемым, максимальной интенсивности процесс достигает в первые 15-30 мин контакта и со временем происходит насыщение оловом и цинком исследуемых огнеупоров;
рассчитаны эффективные коэффициенты диффузии олова и пинка в исследуемых огнеупорных материалах, порядок значений которых составил 10 ~5 см2/с;
с использованием современных методов анализа - масс-спектрального, рентгеноструктурного и дифференциально-термического — установлено, что проникновение олова и цинка в огнеупорные материалы осуществляется путем капиллярной пропитки и диффузии в поры огнеупоров и не сопровождается химическим взаимодействием между ними;
г,
5 показана возможность и исследованы кинетические закономерности обратного перехода олова и цинка из огнеупорных материалов в расплавленную сталь ; установлено, что начиная с определенного значения массы цветного металла в огнеупоре достигается область насыщения металлического расплава, в котором доля перешедшего цветного металла в расплав не изменяется или изменяется незначительно, скорость перехода цветного металла из огнеупора в расплав снижается со временем;
установлены закономерности распределения наиболее
распространенных нежелательных примесей цветных металлов в
стали (Zn, Sn, Си, Pb) по глубине огнеупорного материала
сталеразливочного ковша, проникновение цветных металлов
происходит на глубину 50 мм ; установлено, что суммарное
содержание Zn, Sn, Си, Pb более чем на порядок больше
суммарного содержания As,Sb,Bi,Cd
Достоверность результатов исследований достигается
применением современных аттестованных методик исследований с обработкой полученных экспериментальных данных с использованием стандартного программного обеспечения и прикладных программ.
Практическая значимость работы:
расчеты, полученные на основе результатов исследования, показали, что для ДСП малой вместимости по металлу ( до 50 т) опасность "заражения" выплавляемой стали цветными металлами значительно выше по сравнению с агрегатами большой вместимости;
полученные в работе закономерности и расчетные данные можно рекомендовать для:
1., оценки возможности использования шихт различной степени загрязненности на ДСП различной вместимости;
6 2. различных инженерных расчетов, необходимых для оценки возможного "заражения" стали нежелательными примесями цветных металлов;
3. реализации образовательных программ
специальностей 110100 - 110400 Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального
образования РФ по направлению подготовки дипломированного
специалиста по специальности 651300 - "Металлургия".
Апробация работы. По материалам диссертационной работы
опубликовано 5 статей и 4 депонированных рукописи. Основные положения
диссертации были доложены и обсуждены на Российских и международных
конференциях и семинарах: 5-й Российский семинар "Компьютерное
моделирование физико-химических стекол и расплавов", Курган, 2000 г.; XI
Международная конференция "Современные проблемы электрометаллургии
стали", Челябинск, 2001 г.; V Всероссийская научно-практическая
конференция, Пенза, 2002 г.; VIII Международная конференция "Проблемы
машиностроения и технологии материалов на рубеже веков, Пенза, 2003 г.;
Экологический семинар "Выживание в будущем", Берлин, Технический
университет, 2003 г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, общих выводов и списка использованных литературных источников из 123 наименований. Общий объем работы составляет 109 стр., в том числе 25 таблиц и 36 рисунков.
