Комплексные исследования физико-химических свойств титансодержащих оксидно-фторидных и алюмокальциевых оксидных расплавов для совершенствования переплавных процессов

• Автор: Селиванов, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ТИТАНСОДЕРЖАЩИХ ОКСИДНО-ФТОРИДНЫХ РАСПЛАВОВ

1.1.Поверхностное натяжение

1.2.Плотност ь

1.3.Вязкост ь

1.4. Электропроводность

1.5.Вывод ы
2. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОКСИДНО-ФТОРИДНЫХ И ОКСИДНЫХ РАСПЛАВОВ

2.1.Поверхностное натяжение и плотность

2.2.Вязкост ь

2.2.1. Вискозиметр, работающий в режиме затухающих колебаний

2.2.2. Вискозиметр, работающий в режиме резонансных колебаний

2.3.Электропроводность
2.4.Аттестация препаратов и порядок приготовления исходных систем
2.5.Вывод ы
3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТИТАНСОДЕРЖАЩИХ ОКСИДНО-ФТОРИДНЫХ РАСПЛАВОВ
3.1.Поверхностное натяжение
3.2.Плотност ь
3.3.Вязкост ь
3.4.Электропроводность
3.5.Расчет структуры расплавов системы Сар2-А120з-Т102
3.5.1. Моделирование структурных фрагментов
3.5.2. Квантово-химический анализ фрагментов структуры
3.5.3. Расчет структуры системы СаР2-АІ203-Ті02 методом Монте-Карло
З.б.Выводы
4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМОКАЛЬЦИЕВЫХ
РАСПЛАВОВ
4.1 .Физико-химические свойства расплавов системы
А12Оз-СаО-МёО
4.2. Физико-химические свойства расплавов системы А120з-СаО-гг02
4.3.Вывод ы
5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТИТАНА ИЗ ОКСИДНО-ФТОРИДНЫХ РАСПЛАВОВ ПРИ
ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПЕРЕПЛАВЕ
5.1.Влияние электрических режимов электрошлакового переплава
на электрохимическое восстановление титана
5.2.Разработка ресурсосберегающей технологии
электрохимического легирования нержавеющих сталей
5.2.1. Влияние электрических режимов переплава на химический состав стали 10Х18Н10Т
5.2.2. Влияние состава флюса на содержание титана в переплавленном металле
5.2.3. Разработка ресурсосберегающей технологии
электрошлакового переплава титансодержащих сталей
5.3.Вывод ы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
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. Глубокая дезактивация МРО пирометаллургическим способом основана на растворении поверхностного слоя оксидов в высокоактивном шлаке с последующим плавлением металлической основы [1-4].
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. Исходя из этого, 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.
Одним из вопросов, относящихся к данной проблеме, является изучение физико-химических свойств оксидно-фторидных расплавов, широко применяющихся в электрошлаковых процессах.
Научная актуальность подобных исследований заключается в том, что оксидно-фторидные расплавы занимают промежуточное положение между

ТЮ2 к системе СаР2-А1203 это, по-видимому, связано с тем, что метатитанат кальция диссоциируя приводит к увеличению в расплаве концентрации оксида кальция тем самым, снижая скорость реакции (3.2).
3.2 ПЛОТНОСТЬ ОКСИДНО-ФТОРИДНЫХ РАСПЛАВОВ
Измеренная нами плотность чистого фторида кальция при 1873 К составляет р=2,5-103 кг/м3, а температурный коэффициент а=-0,12 кг/м3-К [53, 54, 60], что согласуется с данными других авторов [20]. Полученная температурная зависимость описывается линейным уравнением:
р1 = Рпл-а(Тт-Т1), (3.6)
где Рил ~ плотность расплава при температуре Тш;
а - температурный коэффициент для данного расплава.
Плотность расплава 70 мас.% СаР2 и 30 мас.% А120з ПРИ 1873 К составляет 2,45-103 кг/м3, что несколько ниже, чем для чистого СаР2, а температурный коэффициент составляет -0,52 кг/м3-К, что значительно выше, чем величина а для СаР2.
Уменьшение плотности СаР2 с вводом А1203 можно объяснить следующим. При добавках оксида алюминия к фториду кальция согласно данным [19] изотерма плотности монотонно возрастает, причем имеет небольшую выпуклость к оси абсцисс. Молярный объем расплава оказывается меньше аддитивного, а разность объемов растет с увеличением добавки А1203. Декомпрессия расплава вызвана взаимодействием компонентов и образованием крупных алюмофторкислородных анионов:
А1203 + 4Р~ о А102Р23_ + А10Р2 . (3.7)
Результаты измерений плотности расплавов на основе СаР2 с добавками до 50 мас.% титансодержащих соединений приведены на рис. 3.7-3.9 и в табл. 3.3,3.4.