Введение к работе
Актуальность темы. На сегодняшний день рынок металлопродукции предъявляет ряд жестких требований, как к служебным свойствам черных сплавов, так и к себестоимости их получения. Огромную долю рынка занимают детали механизмов и изделия из конструкционных чугунов и углеродистых качественных сталей.
В настоящее время на территории РФ и стран ближнего зарубежья происходит накопление легковесного стального и чугунного лома, который затруднительно перерабатывать на высококачественные сплавы с использованием классических металлургических схем. Выход из сложившейся ситуации возможен в создании ряда предприятий с неполным металлургическим циклом. Главными плавильными агрегатами «мини-заводов» могут быть индукционные сталеплавильные печи, которые способны работать полностью на твердой металлошихте.
Одной из главных проблем технологий выплавки высококачественных сплавов в индукционных печах являются конструктивные ограничения возможности проведения активных металлургических операций, что в ряде случаев усугубляется наследственным влиянием качества шихтовых материалов, которое до настоящего времени не регламентируется технологическими инструкциями.
Основным направлением развития современной металлургии является исследование и разработка технологий получения сплавов повышенного качества, за счет применения новых и совершенствования имеющихся методов выплавки, внепечной обработки и оценки качества шихтовых материалов.
Все вышесказанное предопределяет актуальность работы, которая направлена на разработку эффективных технологий индукционной выплавки сплавов и выполнена в рамках разрабатываемого в ЛГТУ научного направления «Феноменологические модели и нелинейная динамика высокотемпературных процессов и технологий» при частичной поддержке грантом РФФИ 09-08-97578-р_центра_а. Работа удостоена областной премии имени С.Л. Коцаря за достижения в области технических наук.
Целью работы является разработка технологий выплавки конструкционных сплавов в индукционных сталеплавильных печах с проведением эффективных металлургических операций, посредством научно обоснованного определения влияния шихтовых материалов и технологических параметров на качество получаемых сплавов.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи:
- исследовать особенности выплавки сплавов в индукционных печах;
- разработать улучшенную методику анализа качества кусковых шихтовых материалов;
- исследовать влияние качества шихтовых материалов и температурных режимов выплавки на качество сплавов;
- исследовать поведение элементов при различных температурно-шлаковых режимах выплавки чугунов и углеродистой стали.
Достоверность основных положений и выводов. Достоверность результатов работы подтверждается проведением промышленных плавок, с использованием новейшего оборудования контроля состояния и свойств сплавов, программного обеспечения анализа данных и теоретическим анализом процессов с использованием современных теорий металлургических расплавов.
Научная новизна работы.
1. Экспериментально установлен факт «структурной наследственности» шихтовых материалов заключающийся в увеличении склонности углеродистых расплавов к дендритной сегрегации при использовании в шихте белых доменных чугунов. Увеличение температуры последнего периода миксирования свыше 15500С усиливает «наследственность» расплавов и одновременно повышает фрактальную размерность поверхности кристаллизующихся дендритов.
2. Предложен принцип организации технологии выплавки сплавов с использованием трех периодов миксирования, заключающийся в температурно-временном разграничении протекания основных окислительных реакций с участием кремния, углерода и марганца, позволяющий наводить жидкоподвижный шлак для кислых и нейтральных футеровок печей.
3. Исследованы особенности технологии выплавки сплавов в индукционных сталеплавильных печах, заключающиеся в поведении основных и «наследственных» элементов и специфических условиях шлакообразования с использованием твердых шлакообразующих смесей на основе системы оксидов «SiO2 – Al2O3 – CaO».
4. Разработана методика ускоренного исследования качества кусковых шихтовых материалов, позволяющая определять их полный химический состав и внутренние дефекты, влияющие на качество металлопродукции.
Практическая ценность работы.
1. Разработана и испытана в действующем производстве ООО «Лебедянский машиностроительный завод» (ООО «ЛеМаЗ») технология выплавки углеродистой стали на нейтральной футеровке с периодом окисления элементов, позволяющая получать качественный металл из стального лома с завышенным содержанием основных элементов.
2. Разработана и испытана в действующем производстве ООО «ЛеМаЗ» технология выплавки высококачественных конструкционных чугунов в индукционных печах с кислой футеровкой, позволяющая снизить газонасыщенность сплавов, уменьшить окисление основных элементов и повысить стойкость футеровки.
3. Разработанная технология выплавки повышает качественные характеристики чугуна «нирезист» после модифицирования: увеличен предел прочности (на 15,6%), снижена твердость (на 8,8%) и уменьшено количество газоусадочных дефектов (на 15,85%).
4. С помощью разработанной методики исследовано предельное содержание вредных микроэлементов цветных металлов в доменных чушковых чугунах (от 0,025 до 0,034%) и стальном углеродистом ломе (от 0,016 до 0,023%).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на 3-х научно-технических конференциях: ІII (г. Липецк, 2006), ІV (г. Липецк, 2007) и V (г. Липецк, 2008) международные научно-технические конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия», а также университетских совещаниях и семинарах в период с 2006 по 2008 г. (г. Липецк, ЛГТУ).
Публикации. По материалам опубликовано 16 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем работы и структура. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами, библиографического списка из 125 наименований, заключения и 4 приложений. Включает 87 страниц текста, содержит 28 рисунков и 30 таблиц.
