Введение к работе
Актуальность работы. В условиях развивающихся в России рыночных отношений перед производителями сталелитейной продукции остро стоит задача повышения конкурентоспособности продукции — улучшения качества стального литья, снижения доли технологических потерь и снижения себестоимости готовой продукции. Одним из путей решения данной задачи является совершенствование технологии выплавки сталей и, в частности, технологии раскисления. От эффективности раскисления напрямую зависят конечные свойства стали.
В основном в сталелитейном производстве конечное раскисление стали осуществляют алюминием, который имеет высокую раскислительную способность, но при различных остаточных концентрациях в стали может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на ее свойства. Поэтому очень важно обеспечить стабильность процесса раскисления, высокую степень усвоения алюминия и оптимальное его остаточное содержание в стали.
Раскисление стали металлическим алюминием связано с высоким угаром и нестабильностью его усвоения. Это обусловлено низкой плотностью алюминия (2700 кг/м3), которая более чем в 2 раза ниже плотности жидкой стали и ниже плотности шлака. Это затрудняет прогнозирование и стабильное получение остаточного содержания алюминия в стали в наиболее оптимальном интервале 0,03 - 0,05 %.
В настоящее время для повышения степени усвоения алюминия в промышленности применяют различные методы: утяжеление алюминия балластным грузом, принудительное погружение - ввод на штанге или путем прикрепления к стопору ковша, введение в расплав в виде би и три-металлических заготовок, использование ферроалюминиевого сплава или скрап-алюминиевой композитной чушки, путем выстреливания алюминиевых пуль или высокоскоростного ввода в расплав алюминиевой проволоки.
Утяжеление алюминия балластным грузом, принудительное его погружение или использование би и три-металлических заготовок несколько повышают степень его усвоения, однако незначительно. Это в первую очередь обусловлено формированием в расплаве больших капель жидкого алюминия, которые быстро всплывают. Степень усвоения алюминия в жидкой стали существенно повышается при использовании железоалюминиевого сплава и скрап-алюминиевой композитной чушки. Однако их использование не всегда является экономически оправданным ввиду их высокой стоимости. Применение методов введения в расплав проволоки или пуль также позволяет достигнуть высокой степени усвоения алюминия, однако требуют использования дополнительного оборудования и в сталелитейном производстве, ввиду относительно малых объемов
производства, они не используются. __ .., '"'
V Г7ЇС. НАЦИОНАЛЬНАЯ
»ввІ5 »«»/>!
I С.Пет*)
Исходя их вышесказанного, весьма актуальным является разработка высокотехнологичного и экономичного способа раскисления жидкой стали алюминием для сталелитейного производства, который обеспечил бы стабильность процесса раскисления, высокую степень усвоения алюминия и возможность получения его остаточного содержания в стали в оптимальных пределах.
В свете изложенного весьма перспективным представляется применение в качестве раскислителя жидкой стали литого железоалюминиевого композита, состоящего из алюминиевой матрицы и частиц из сплавов на основе железа в качестве армирующего компонента.
Цель работы: Разработка литого железоалюминиевого композита для применения в качестве алюминий содержащего раскислителя жидкой стали, исследование его структуры и свойств, а также эффективности использования при раскислении литейных сталей.
Для достижения поставленных целей в работе решались следующие задачи:
-
Разработать железоалюминиевый литой композит, применимый для раскисления жидкой стали.
-
Разработать технологию получения железоалюминиевого композита методом жидкофазного совмещения матричного и армирующего компонентов.
-
Исследовать структуру и свойства железоалюминиевого композита, а также особенности его взаимодействия с жидкой сталью.
4. Провести опытно-промышленные испытания
железоалюминиевого композита и оценить эффективность его применения в
сталелитейном производстве.
Научная новизна. 1. Установлен эффект физического совмещения жидкого алюминия с неочищенной стальной или чугунной дробью при струйно-почастичной ее подаче в ненагретом состоянии на поверхность расплава в условиях непрерывного замешивания. Предложена гипотеза, согласно которой переход от несмачивания к смачиванию жидким алюминием поверхности дроби обусловлен параллельно-последовательным протеканием многих процессов - локальным затвердеванием алюминия вокруг частиц дроби с образованием намороженной корки, быстрым прогревом поверхности дроби за счет теплоты кристаллизации, выделением водорода из затвердевшего слоя вследствие изменения растворимости при переходе алюминия из жидкого состояния в твердое, частичным восстановлением выделяющимся водородом оксидной пленки на поверхности дроби и нарушения ее сплошности, смачиванием жидким алюминием (после оплавления затвердевшей корки) участков поверхности дроби с нарушенной сплошностью оксидной плены, подпленочным растеканием жидкого алюминия на поверхности дроби и смывом оксидной пленки.
4 ''\,
-
Установлены закономерности формирования переходного слоя в пограничной зоне алюминиевой матрицы и армирующего компонента (дроби): экстремальная зависимость от температуры с максимумом при 840 -880 С и квадратичная зависимость от продолжительности совмещения компонентов. Определены эффективные значения коэффициента диффузии и энергии активации этого процесса при образовании и растворении интерметаллидного переходного слоя на границе контакта матричного и армирующего компонентов в процессе их жидкофазного совмещения.
-
Предложены представления об особенностях гидродинамического, теплофизического и массообменного взаимодействия при обработке железоалюминиевым композитом жидкой стали в ковше в сравнении с металлическим алюминием, заключающиеся в: большем заглублении траектории витания фрагментов композита в объеме расплава вследствие более высокой его начальной плотности и постепенного ее повышения по
* мере усвоения алюминия жидкой сталью; ведущей роли теплоты окисления
алюминия при малых расходах композита и возрастанием захолаживающей роли дроби по мере увеличения расхода композита, вследствие чего калориметрическое изменение температуры стали при раскислении ее железоалюминиевым композитом имеет экстремальную зависимость; протекании, наряду с процессом растворения алюминия в жидкой стали, также процесса расплавления-растворения в ней дроби, вследствие чего возможно изменение состава стали, главным образом незначительное повышение содержания углерода.
Практическая значимость. 1. Предложен литой железоалюминиевый
композит для ввода алюминия в жидкую сталь, содержащий алюминий или
его сплавы в качестве матричного компонента и стальную или чугунную
дробь в качестве армирующего компонента. Применение его обеспечивает
повышение степени усвоения алюминия в два раза, надежное получение
остаточного содержания алюминия в требуемом интервале концентраций,
более стабильные и высокие показатели механических свойств литой стали.
' 2. Разработан состав литого железоалюминиевого композита,
который при расходе матричного компонента 28 — 34 % обеспечивает получение приемлемого сочетания противоречивых требований по содержанию алюминия, плотности, заполняемости литейной формы и технологичности приготовления.
3. Разработана технология приготовления железоалюминиевого композита методом жидкофазного совмещения компонентов, основанная на струйно-почастичной подаче ненагретой стальной или чугунной дроби на поверхность алюминиевого расплава при ее непрерывном замешивании и обеспечивающая полноту физического совмещения компонентов при наличии оксидной пленки на поверхности дроби.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: Международной научно-практической конференции «Прогрессивные
литейные технологии» (г. Москва, 2000 г.); Второй международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» (г. Москва, 2002 г.); V Съезд литейщиков (г. Москва, 2001 г.), VI Съезд литейщиков России (г. Екатеринбург, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий XXI века»; научных семинарах кафедры «Технологии литейных процессов» МГИСиС (2000 - 2003).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 460страницах машинописного текста, содержит j?" таблиц и ff рисунков, список использованных источников насчитывает 40Y наименований.
