Введение к работе
1. Актуальность работы. Требования по минимизации объемов металлических радиоактивных отходов (МРО) при выводе из эксплуатации ядерных объектов и атомных подводных лодок выдвигают на первое место пирометаллургические технологии переработки МРО
Учитывая тот факт, что основная часть образующихся МРО представлена дефицитными и дорогостоящими высоколегированными титансодержащими сталями, перспективным и экономически выгодным является переплав МРО с целью дезактивации и повторного использования металла для нужд ядерной энергетики и использования его без ограничения в других отраслях промышленности Для реализации этих целей применяются процессы электрошлакового переплава и непрерывной переплавки МРО путем обработки циркулирующим синтетическим шлаком в электроплавильном газлифтном агрегате Поэтому актуальной задачей является научно-обоснованный выбор оптимальных составов шлаков, обеспечивающих устойчивый технологический процесс, высокую степень рафинирования металла, сохранение химического состава переплавляемого металла по титану Разработка данной проблемы невозможна без комплексных исследований физико-химических свойств титансодержащих оксидно-фторидных расплавов, поскольку научный выбор оптимальных параметров новых технологий требует глубокого знания процессов, протекающих в промышленных агрегатах
Научная актуальность подобных исследований заключается в том, что оксидно-фторидные расплавы занимают промежуточное положение между оксидными и солевыми системами Они содержат два сорта анионов, которые оказывают влияние на физико-химические свойства расплавов
Работа выполнена по госбюджетной теме «Физико-химические свойства и строение высокотемпературных ионных расплавов», по программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Научные основы ресурсосберегающих и экологически безопасных процессов
комплексной переработки минерального и техногенного сырья» при финансовой поддержке гранта РФФИ «Урал» №02-03-96435 и Федеральной целевой программе «Интеграция» - проект Б 0035
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является научно-обоснованный выбор оптимальных составов флюсов для применения в переплавных процессах Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи
Изучение физико-химических свойств титансодержащих оксидно-фторидных расплавов,
Изучение физико-химических свойств алюмокальциевых магний и цирконийсодержащих оксидных расплавов,
Изучение структуры расплавов системы CaF2-Al203-Tt02 модельным компьютерным экспериментом,
Подбор оптимальных составов флюсов для электрошлаковой и газлифтной технологии переработки титансодержащих сталей,
Разработка ресурсосберегающей технологии электрошлакового переплава титансодержащих сталей, позволяющей электрохимически восстанавливать титан из шлаковой фазы, исключая при этом из технологического процесса применение дорогостоящих лигатур и ферросплавов
На защиту выносятся
Результаты исследований физико-химических свойств титансодержащих оксидно-фторидных расплавов
Результаты исследований физико-химических свойств магний и цирконийсодержащих алюмокальциевых расплавов
Закономерности восстановления титана из титансодержащих оксидно-фторидных расплавов при электрошлаковом переплаве на различных электрических режимах
Разработка ресурсосберегающей технологии электрошлакового переплава титансодержащих сталей
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые получены данные по поверхностному натяжению, плотности, вязкости и электропроводности расплавов на основе CaF2 и системы 70 мае % CaF2-30 мас % А1203 с добавками до 50 мае % титансодержащих соединений СаТЮз, титанит, перовскит, рутиловый и лейкоксеновый концентраты в интервале температур 1673-1873 К Компьютерным экспериментом молекулярно-статистическйм методом Монте-Карло изучена структура расплавов системы CaF2-Al203-Ti02
Дополнены данные по вязкости и электропроводности расплавов оксидных систем Al203-CaO-MgO и Al203-CaO-Zr02
Разработана феноменологическая модель расчета восстанавливаемого из флюса титана при электрошлаковом переплаве на различных электрических режимах
Научная и практическая значимость работы.
Научная значимость исследований заключается в том, что изучение физико-химических свойств позволяет судить о структуре расплавов и их взаимодействии Данные по поверхностным свойствам исследованных расплавов позволили оценить расположение частиц в поверхностном слое или адсорбцию Изучение плотности, вязкости и электропроводности дали информацию о структуре изучаемых расплавов
По результатам физико-химического эксперимента оксидно-фторидных расплавов подобраны оптимальные составы флюсов для ресурсосберегающей технологии электрохимического легирования сталей титаном при электрошлаковом переплаве Изученные транспортные свойства оксидных алюмокальциевых расплавов с добавками оксидов магния и циркония позволили подобрать оптимальные составы флюсов, обеспечивающие достаточную стойкость футеровки и высокую степень дезактивации при переплаве металлических радиоактивных отходов в электросталеплавильном газлифтном агрегате (Технический Акт)
Апробация работы и публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ в том числе 7 в журналах,
рекомендованных ВАК, 11 в трудах международных и российских конференций Об основных положениях и результатах доложено на V, VI и VII Российских семинарах «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов» 2000, 2002 и 2004 г г , г Курган, на X Российской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов» 2001 г, г Екатеринбург, на XI и XII международных конференциях «Современные проблемы электрометаллургии стали» 2001 и 2004 г г , г Челябинск, на XXI научно-технической конференции сварщиков Уральского региона 2002 г, г Курган
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и общих выводов Содержание работы изложено на 154 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок, 16 таблиц и библиографический список из 102 наименований и приложение.
Похожие диссертации на Комплексные исследования физико-химических свойств титансодержащих оксидно-фторидных и алюмокальциевых оксидных расплавов для совершенствования переплавных процессов
