Введение к работе
Актуальность работы
За последние десятилетия для производства коррозионностойкой стали были разработаны и внедрены кислород-аргонное обезуглероживание легированных хромсодержащих расплавов в AOD-конвертерах и обезуглероживание под вакуумом этих расплавов в VOD-агрегатах. AOD- и VOD-процессы только смещают вправо равновесие реакции окисления углерода, но ни аргон, ни вакуум не влияют на равновесие реакции окисления хрома. Относительно низкие температуры металла и шлака в этих процессах способствуют повышенному окислению хрома во время обезуглероживания.
С повышением температуры металла сродство хрома к кислороду уменьшается гораздо резче, чем сродство углерода к кислороду. Предварительные расчеты и практика показывают, что при температурах на уровне 2000 С возможно глубокое обезуглероживание до 0,04% легированных расплавов с высоким содержанием хрома на уровне марочного содержания в стали Х18Н10.
Становятся актуальными задачи теоретического анализа и технологических возможностей глубокого обезуглероживания легированных расплавов при высоких температурах на уровне 2000 С.
Цель работы
Термодинамический анализ и разработка высокотемпературного варианта технологии окислительного периода плавки легированной стали в ОАО «Металлургический завод «Электросталь».
Научная новизна
1. Предложен и реализован новый подход к расчетам растворов кислорода в жидких металлах и в жидких растворах этих металлов системы Fe-Cr-Ni-0Hac, основанный на том, что за стандартное состояние растворенного кислорода принят чистый газообразный кислород под
давлением Р02 =1. Тогда активность кислорода в жидком металле равна
1 " д.
равновесному парциальному давлению кислорода в степени - в газовой фазе
над металлом.
2. Получены уравнения избыточного химического потенциала кислорода
в точке растворимости и энергии смешения кислорода и металла вида
QMe-o = А+В-Т (Me = Fe, Cr, Ni) из уравнений растворимости кислорода в
жидком металле и стандартных энергий Гиббса реакций окисления жидких
металлов газообразным кислородом с образованием низших оксидов.
3. Получены уравнения равновесной активности кислорода в
металлических растворах и равновесных составов оксидных растворов
системы Fe-Cr-Ni-0Hac-FeO-CrO-NiO в предположении, что металлический и
оксидный растворы близки к совершенным.
4. Получено уравнение активности кислорода в реальных металлических
растворах по составам металла и шлака с использованием активностей
компонентов в металле и в шлаке и РСо в газовой фазе.
5. Предложен способ расчета растворимости кислорода в расплавах
системы Fe-Cr-Ni-O по уравнениям модели псевдорегулярного раствора с
использованием установленных в работе температурных зависимостей
ЭНерГИЙ СМешеНИЯ QMe-O-
Практическая значимость работы
Разработан высокотемпературный вариант технологии окислительного периода плавки легированной стали с содержанием хрома на уровне марочного состава стали 08Х18Н10Т и получением низкого содержания углерода на уровне 0,04%.
Полученные уравнения активности и концентрации кислорода в равновесии с компонентами металла, шлака и газовой фазы могут быть использованы в термодинамических расчетах окислительных процессов в учебных дисциплинах.
Личный вклад автора
Новый подход к термодинамике растворов кислорода в жидких металлах (Fe, Cr, Ni) и в растворах этих металлов разработан автором лично под руководством научного руководителя. Технологические инновации, внедренные в производство легированной стали в ОАО «Металлургический
завод «Электросталь», разработаны в сталеплавильной лаборатории ЦИЛ завода под руководством и при личном участии автора.
Структура и объем работы
