Введение к работе
Актуальность работы
Внепечная обработка стали химически активными металлами (Mg, ЩЗМ, РЗМ и др.) является неотъемлемой частью современных технологий изготовления высококачественных и конкурентоспособных изделий. Важным условием развития методов внепечной обработки стали является применение относительно недорогих материалов в виде различных комплексных сплавов и смесей, позволяющих целенаправленно управлять физико-химическим состоянием металлического расплава и, соответственно, получать металлопродукцию с улучшенными эксплуатационными характеристиками. При этом качественные характеристики используемых материалов в полной мере должны обеспечивать стабильность, эффективность, экономичность и экологическую безопасность технологий рафинироваїшя и модифицирования.
В связи с этим разработка технологии модифицирования стали природными материалами, представленными комплексными карбонатными рудами, содержащими барий и стронций, является весьма актуальной задачей.
Настоящая работа направлена на развитие физико-химических основ внепечной обработки стали с целью повышения эффективности процесса модифицирования её барием и стронцием.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2013 годы)», госконтрактом по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы» и планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».
Цель работы
Разработка научно-обоснованного технологического процесса модифицирования стали барием и стронцием, с использованием комплексных карбонатных руд, содержащих эти элементы.
Задачи работы:
— Оценить металлургические свойства комплексных карбонатных руд, содержащих барий и стронций.
Исследовать условия процесса восстановления бария и стронция из соединений, входящих в состав комплексных карбонатных руд, углеродом, кремнием и алюминием методами термодинамического моделирования.
Изучить влияние процесса обработки стали комплексными карбонатными рудами, содержащими барий и стронций, на формирование её структуры и механические свойства.
Разработать технологию модифицирования стали комплексными карбонатными рудами, содержащими барий и стронций.
Научная новизна
Впервые экспериментально изучены металлургические свойства и уточнен вещественный состав комплексных карбонатных руд, содержащих барий и стронций: определены температуры фазовых превращений при нагревании, температуры начала плавления барийстронциевого модификатора, установлен временной интервал разложения минеральных составляющих комплексных карбонатных руд, содержащих барий и стронций.
Научно обоснованы условия и определены технологические параметры, позволяющие оптимизировать процессы восстановления бария и стронция из их оксидов углеродом, кремнием и алюминием.
Установлено влияние бария и стронция на формирование структуры и изменение механических свойств стали при её обработке комплексными карбонатными рудами, содержащими эти элементы. Показано, что обработка стали соединениями бария и стронция приводит к измельчению зерна и повышению конструкционной прочности металла.
Практическая значимость и реализация результатов
- Результаты диссертационной работы могут быть использованы: для
разработки эффективных технологий модифицирования стали барием и
стронцием; для совершенствования образовательных технологий при подго
товке специалистов в области металлургии.
Разработаны технологические основы процесса модифицирования стали барийстронциевым модификатором при внепечной обработке стали на агрегате «ковш-печь», которые могут быть использованы при создании технологий внепечной обработки стали применительно к условиям конкретного сталеплавильного производства.
Разработана и внедрена технология модифицирования стали барий-стронциевым модификатором в малотоннажных дуговых электропечах при
выплавке стали ответственного назначения.
Разработана и внедрена технология модифицирования стали брикетами, в состав которых входит барийстронциевый модификатор, в индукционной печи.
Внедрение разработанных технологий обработки стали ответственного назначения барийстронциевым модификатором подтверждено актом о внедрении в производство опытных работ по применению барийстронциево-го модификатора при выплавке стали на ООО «Юргинский машзавод».
Научные результаты работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета при подготовке специалистов по специальности 150100 - Металлургия черных металлов, что подтверждено актами о внедрении в учебный процесс.
Методы исследования
Химический и фазовый составы барийстронциевого модификатора были изучены с помощью методов спектрального и рентгенофазового анализов.
Дифференциально-термический анализ барийстронциевого модификатора был проведен термогравиметрическим методом по стандартной методике.
Исследования по определению температур начала плавления барийстронциевого модификатора были проведены по стандартной методике на микропечи сопротивления с платиновым нагревателем.
Кинетика разложения карбонатов барийстронциевого модификатора была изучена с применением гравиметрического метода.
Лабораторные исследования были проведены на печи сопротивления с трубчатым угольным нагревателем.
Промышленные исследования бьши проведены на индукционной ИСТ-0,16 и дуговой ДСП-5 печах. Химический состав, загрязненность неметаллическими включениями, механические свойства и микроструктура образцов стали бьши проконтролированы по стандартным методикам в лабораториях механических испытаний и металлографических исследований.
Элементный состав стали был изучен на сканирующем электронном микроскопе «LEO EVO 50», укомплектованном энергодисперсионным ана-
лизатором INCA-energy 450 и рентгеновским спектрометром Ultra 55.
Термодинамическое моделирование и обработка результатов исследований были проведены с помощью программного комплекса «Терра» и стандартного пакета программ Microsoft Office.
Достоверность и обоснованность полученных результатов выводов подтверждается: большим объемом экспериментальных данных; высокой воспроизводимостью полученных результатов; использованием современных статистических методов обработки результатов; сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами промышленных испытаний.
Предмет защиты
На защиту выносятся:
- Результаты экспериментальных исследований металлургических
свойств барийстронциевого модификатора.
Результаты термодинамического моделирования процессов восстановления бария и стронция из их оксидов при использовании в качестве восстановителя углерода, кремния и алюминия.
Результаты экспериментальных исследований по обработке стали материалами содержащими, барий и стронций.
Комплекс технологий модифицирования жидкой стали барийстрон-циевым модификатором в металлургических агрегатах: малотоннажной дуговой печи, индукционной печи и на установке «ковш-печь».
Автору принадлежит:
постановка задач теоретических и экспериментальных исследований;
проведение экспериментальных исследований по изучению металлургических свойств барийстронциевого модификатора;
анализ результатов термодинамического моделирования процессов восстановления бария и стронция из оксидов при использовании в качестве восстановителя углерода, кремния и алюминия;
проведение лабораторных исследований по обработке стали материалами, содержащими барий и стронций;
разработка основ технологии модифицирования стали барийстрон-циевым модификатором;
проведение опытных промышленных плавок по модифицированию
стали барийстронциевым модификатором в условиях ООО «Юргинский машзавод»;
- обработка полученных результатов, анализ, обобщение, научное
обоснование, формулировка выводов и рекомендаций.
Соответствие диссертации паспорту специальности
Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов п. 1 «Рудное, нерудное и энергетическое сырье», п. 9 «Подготовка сырьевых материалов к металлургическим процессам и металлургические свойства сырья», п. 15 «Внепечная обработка металлов», п. 17 «Материало- и энергосбережение при получении металлов и сплавов».
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы были доложены на 7 научно-технических конференциях:
Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга. 2009;
Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы современного материаловедения», г. Юрга. 2009;
Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга, 2010;
XIV Международной конференции «Современные проблемы электрометаллургии стали», г. Челябинск, 2010;
II Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга, 2011;
XV Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество», г. Новокузнецк, 2011;
ІП Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга, 2012.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 151 странице печатного текста, содержит 37 рисунков, 26 таблиц, 9 приложений и список литературы из 129 наименований.
