Исследование процессов восстановления ванадия и оптимизация технологии обработки стали конвертерным ванадиевым шлаком

• Автор: Голодова, Марина Анатольевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ ВАНАДИЕМ

ИЗ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1Л Влияние ванадия на свойства легированных сталей

1.2 Физикохимические свойства ванадия и его соединений.

1.3 Способы легирования стали ванадием

1.4 Характеристика ванадиевых шлаков

1.5 Исследование восстановления ванадия из ваиадийсодержащих оксидных систем.

1.6 Постановка задачи.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАНАДИЯ ИЗ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Описание методики термодинамического моделирования

2.2 Термодинамическое моделирование углеродосиликотермическо
го процесса восстановления ванадия
2.2.1 Исследование влияния температуры на процесс восстановления ванадия в системах V5, V2i и V5i
2.2.2 Исследование влияния газовой фазы на процесс восстановления ванадия в системе V5 С i.
2.2.2 Термодинамические расчеты процесса восстановления ванадия из пентаоксида ванадия в системах V2 С, V5i, V5i при температуре К.
2.2.3 Термодинамические расчеты процесса восстановления ванадия
в присутствии оксида железа III при температуре К.
2.2.4 Влияние оксида кальция на процесс восстановления ванадия в системе V С i
2.3 Определение зависимостей между удельными расходами восстановителей, необходимыми для полного углеродосиликотермического восстановления ванадия из систем V С i и V СаО i
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2
3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ СТАЛИ КОНВЕРТЕРНЫМ ВАНАДИЕВЫМ ШЛАКОМ
3.1 Термодинамическое моделирование процесса восстановления конвертерного ванадиевого шлака.
3.2 Термодинамическое моделирование процесса легирования стали ванадием при обработке конвертерным ванадиевым шлаком.
3.2.1 Термодинамическое моделирование процесса восстановления компонентов конвертерного ванадиевого шлака на выпуске стали
3.2.2 Термодинамическое моделирование процесса восстановления ванадия углеродом коксика и кремнием ферросилиция па установке ковш печь.
3.3 Схема физикохимических процессов, протекающих при обработке стали конвертерным ванадиевым шлаком
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАНАДИЯ ИЗ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Методика проведения экспериментального исследования восстановления ванадия из оксидных систем.
4.2 Экспериментальное исследование углеродосиликотермического восстановления ванадия из пентаоксида ванадия
4.3 Экспериментальное исследование восстановления ванадия из конвертерного ванадиевого шлака
4.4 Экспериментальное исследование обработки стали конвертерным ванадиевым шлаком
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4
5 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ СТАЛИ КОНВЕРТЕРНЫМ ВАНАДИЕВЫМ ШЛАКОМ В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРОСТАЛ ЕПЛАВИЛЬНОГО ЦЕХА
5.1 Промышленные испытания технологии легирования стали из конвертерного ванадиевого шлака в условиях ЭСПЦ.
5.2 Оценка качества полученного металла.
5.3 Технологическая схема внепечной обработки стали конвертерным ванадиевым шлаком.
5.4 Предварительный расчет экономической эффективности
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5.
ВЫВОДЫ 0 РАБОТЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 2 наименований. Работа изложена на 1 странице печатного текста, содержит таблицу, рисунков, 2 приложения. В связи с возрастанием мощностей технологических агрегатов, увеличением нагрузок на инженерные сооружения, эксплуатацией механизмов и сооружений в экстремальных условиях пониженные и повышенные температуры, высокая сейсмоактивность, повышенная коррозия к используемым материалам, в первую очередь к стали, предъявляются все более высокие требования. Одним из наиболее эффективных способов повышения качества металла является его дисперсионное упрочнение, позволяющее, при оптимальном подборе типа упрочняющей фазы и ее количества, сочетать высокую прочность с достаточной пластичностью. Такими упрочняющими фазами являются карбиды и карбонитриды ряда элементов, в том числе ванадия. Ванадий является легирующим элементом, вызывающим измельчение зерна, дисперсионное твердение стали и образование совершенной субзеренной структуры. Согласно данным, приведенным в работах 1, 2, именно ванадий имеет больший потенциал упрочняющих фаз среди легирующих элементов и, следовательно, дает лучшую возможность повысить эксплутационные свойства стали. Ванадий является активным карбидообразующим элементом. При низких содержаниях углерода в стали он весь связывается в карбид. При температурах образования аустенита карбид ванадия находится в стали в виде равномерно распределенных мелкодисперсных включений, которые препятствуют росту зерна аустенита при нагревании. Кроме того, карбид ванадия показывает высокую устойчивость размеров и отсутствие тенденции к росту частиц при длительной выдержке при высоких температурах. Ванадий образует также карбонитриды, имеющие высокую растворимость в сталях, что позволяет нейтрализовать негативное влияние азота и перевести его в разряд микролегирующих элементов. Причем, растворимость карбонитридов ванадия в аустените выше, чем карбонитридов других микролегирующих элементов например, ниобия и титана. Измельчение зерна, происходящее в результате образования дисперсных карбонитридных частиц, улучшает прочность, вязкость и свариваемость стали. Карбонитриды ванадия, равномерно выделяясь в объме зерна, тормозят движение дислокаций, инициируемое приложенными нагрузками. Дислокации, проходя между частицами карбонитридов, изгибаются, образуют петли и накапливаются вокруг частиц, что сопровождается повышением предела текучести стали 3. Необходимо отметить, что размер рекристаллизированного аустснитного зерна сталей, легированных ванадием, является постоянным в широком спектре температур, поэтому свойства не меняются при изменении температуры прокатки. Использование ванадия в качестве легирующего элемента позволяет получить более мелкое аустенитное зерно без торможения процессов рекристаллизации, так как выделение ванадиевых фаз происходит ниже температуры окончания прокатки применить менее затратную высокотемпературную контролируемую прокатку. Легированные ванадием стали в значительно меньшей степени подвержены горячему растрескиванию в процессе изгибания и распрямления непрерывнолитой заготовки. Добавка ванадия также нейтрализует негативное влияние водорода, что способствует уменьшению брака по флокенам. Влияние элемента на свойства конструкционных сталей приведено на рисунке 1. Рисунок 1. Ванадий в настоящее время является наиболее востребованным микролегирующим элементом для получения металла с высокими служебными свойствами в связи с высокой эффективностью легирования по данным авторов 1,3. Примерно производимого ванадия используется при производстве сталей сортамента, приведенного в таблице 1. Таблица 1. Свойственное кипящим малоуглеродистым и низколегированным сталям деформационное старение, приводящее к резкому уменьшению их пластичности, связано с пересыщением феррита углеродом и азотом. Малые добавки ванадия 0, 0, вес. По данным авторов 8 добавка 0, вес. По утверждению авторов 1 в горячекатаной низкоуглеродистой стали при легировании стали ванадием увеличивается предел текучести до .