Физико-химические закономерности формирования и разделения металлической и оксидной фаз в процессе металлотермического восстановлении циркония из оксидов

• Автор: Агафонов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ особенностей металлотермического восстановления металлов..

1Л.1 Восстановление алюминием

1.1.2 Восстановление кальцием и магнием

1.2 Физико - химические свойства цирконий и молибден

содержащих оксидных и металлических расплавов

1.3 Направление и задачи исследования

2 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОКСИДОВ
ЦИРКОНИЯ И МОЛИБДЕНА
2.1 Метод термодинамического моделирования
2.2 Термодинамика металлотермического взаимодействия оксидов циркония с алюминием и кальцием
2.2.1 Восстановление алюминием
2.2.2 Восстановление кальцием
2.3 Термодинамическое моделирование алюминотермического восстановления
циркония из оксидов с образованием интерметаллидов
2.4 Выводы
3 ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦИРКОНИЙ И МОЛИБДЕНСОДЕРЖАЩИХ ОКСИДНЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ

3.1 Физико-химические свойства шлаковых расплавов
3.1.1 Методы исследований
3.1.2 Вязкость и электропроводность
3.1.3 Поверхностное натяжение и плотность
3.1.4 Применение полимерной модели для расчета поверхностного натяжения цирконийсодержащих оксидных расплавов
3.1.5 Рекомендации по оптимальным составам шлаков, используемых в технологии цирконий - алюминиевых сплавов
3.2 Поверхностные и объемные свойства металлических расплавов
3.2.1 Методика исследований
3.2.2 Экспериментальные результаты
3.3 Выводы
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ И ТЕРМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СПЛАВОВ Zr - А1 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО -ТЕРМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
4.1 Методика исследований
4.2 Экспериментальные результаты восстановления циркония из оксидов алюминием и кальцием
4.3 Выводы
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ И ШЛАКОВОЙ ФАЗ В ПРОЦЕССЕ МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ
Zr-Al
5.1 Исходные материалы

5.2 Описание экспериментов и используемое оборудование
5.3 Влияние количества восстановителя в шихте и температуры на характеристики продуктов алюминотермического восстановления циркония из оксидов
5.4 Металлотермическое получение сплава алюминий - цирконий с использованием восстановителя-кальция и добавками других легирующих элементов
5.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

На рисунке 2.4 представлены изменения процентного состава оксидной фазы в зависимости от температуры. Основные соединения здесь: Zr02, СаО*А12Оз, CaO, CaF2, А120з.
Полученные нами данные подтверждают возможность получения Zr-Al сплава с содержанием циркония более 55 масс.% в технологически важном температурном диапазоне 1400 - 1800 °С.
2.4 Выводы
1. Термодинамический анализ алюминотермического восстановления циркония из его диоксида до металла с нулевой степенью окисления по реакции Zr02+ 4/3Al = Zr + 2/ЗАЬОз показал, что протекание этой реакции слева направо возможно при температурах более 600°С только при условии образования интерметаллических соединений.
2. Анализ реакции кальцийтермического восстановления Zr02+2Ca=Zr+2Ca0 показал возможность ее осуществления слева направо в температурном диапазоне от 0 до 2000°С, что указывает на перспективность использования кальция в процессе металлотермического восстановления циркония и может позволить полностью или частично заменить восстановитель алюминий. Применение кальция должно способствовать улучшению кинетических условий процесса.
3. С использованием термодинамического моделирования выполнена оценка вероятности образования различных соединений в металле и оксидной фазе с изменением температуры при алюминотермическом восстановлении циркония из его диоксида. Показана принципиальная возможность получения сплава Zr-AI с содержанием циркония более 55 масс.% в технологически важном температурном диапазоне 1400-1800 °С.