Исследование процессов рафинирования металлического расплава от азота и водорода с целью совершенствования технологии производства низколегированной стали

• Автор: Кузнецов, Максим Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Введение

I. Аналитический обзор литературы

1.1 Ограничение содержаний азота и водорода в современных трубных сталях

1.2 Влияние азота на свойства стали. Обоснование требований по содержанию азота в низколегированных сталях
1.3 Влияние водорода на свойства стали. Обоснование требований по содержанию водорода в низколегированных сталях

1.4 Физикохимические основы поведения азота при выплавке стали в ДСП

1.4.1 Растворимость азота в металле

1.4.2 Растворимость азота в металле, находящемся под слоем шлака

1.5 Анализ известных способов управления содержанием азота в металле

1.6 Физикохимические основы поведения водорода при выплавке стали в ДСП

1.6.1 Растворимость водорода в металле

1.6.2 Растворимость водорода в металле, находящемся под слоем шлака
1.7 Анализ известных способов управления содержанием водорода в металле
Выводы по главе 1
2 Развитие представлений о содержании газов в металле под слоем шлака
2.1 Изучение и развитие представлений о механизме поглощения газов металлом, находящимся под слоем шлака
2.2 Анализ концентраций азота и водорода в металле, находящемся под слоем шлака для различных металлургических процессов
2.2.1 Процессы с удовлетворительным перемешиванием металла и шлака
2.2.2 Процессы со слабым перемешиванием металла и шлака
Выводы по главе 2
3 Исследование и разработка технологических особенностей производства стали, оказывающих влияние на содержание азота и водорода, в современных ДСП
3.1 Влияние массы металлошихты в ДСП и толщины шлака на содержание водорода и азота в выплавляемой стали
3.2 Оценка влияния электрической дуги на поглощение азота металлом при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи ДСП
3.2.1 Оценка скорости поглощения азота металлом при плавлении лома электрической дутой
3.2.2 Расчет изменения содержания азота в металле при плавлении
электрической дугой легковесного и тяжеловесного лома
3.3 Изучение поведения азота при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи ДСП при условии совмещения процессов расплавления лома и обезуглероживания металла
3.4 Влияние состава металлошихты на содержание азота
3.4.1 Влияние состава шихты на содержание азота в металле, при выплавке стали в ДСП на твердой завалке
3.4.2 Влияние состава шихты на содержание азота в металле, при выплавке
стали в ДСП с использованием до жидкого чугуна
3.5 Влияние параметров шлакообразования в ковше на содержание газов в стали
3.5.1 Анализ влияния технологических параметров производства стали на содержание газов
3.5.2 Исследование влияния параметров выпуска и технологии
шлакообразования на содержание водорода в стали
3.6 Использование углеродсодержащих материалов при выплавке стали в современных ДСП
3.6.1 Ускорение процесса расплавления лома в ДСП
3.6.2 Влияние расхода углеродсодержащего материала в современных высокомощных ДСП на содержание азота в стали
3.7 Влияние чистоты используемого для продувки кислорода
Выводы по главе 3 Основные положения предлагаемой технологии производства трубных низколегированных марок стали
Общие выводы по диссертационной работе
Публикации по теме диссертации
Список использованных источников


Т1ри температуре полиморфного превращения уРс в аРс 9ЮС растворимость азота резко снижается, уменьшаясь с 0,6 до 0,4 . В отличие от водорода, в процессе кристаллизации не наблюдают обычно образования газовых пузырей и пор, связанных с изменением растворимости азота при кристаллизации. Объясняется это тем, что растворимость азота остается достаточно высокой 0,3 в 8Ре при температуре кристаллизации растворимость оказывается, как правило, выше фактического содержания азота в металле, выплавленном в современных сталеплавильных агрегатах. Во многих работах изучали растворимость азота в сплавах на основе железа, легированных различными элементами. Обзор этих исследований приводится в работах В. И.Явойского, А. Н. Морозова, В. В.Аверина, А. В.Ревякина и других авторов. Растворимость азота увеличивается и том случае, когда образуется достаточно устойчивый нитрид при взаимодействии с третьим компонентом. Влияние питридообразующих элементов особенно заметно проявляется в твердых растворах железа с легирующими компонентами в связи с повышением прочности нигридов. Влияние содержания примесей железа на растворимость в нем азота видно из рисунка 2. КМу. Нс 0Т1,2. Кс Т1,9. С 5 Ю п . Рисунок 2 Растворимость азота в сплавах железолегирующий элемент при нормальном давлении и температуре С. Большинство элементов образуют достаточно устойчивые нитриды, и растворимость азота в железе при легировании его этими элементами увеличивается. К элементам этой группы относятся хром, ванадий, бор, марганец, кремний, алюминий, титан и ниобий, цирконий и РЗМ. Коэффициент активности азота в сплавах железа с этими элементами понижается. Вторую группу составляют элементы аналоги железа никель, кобальт, которые практически не влияют на изменение растворимости азота в железе. К элементам третьей группы относятся углерод и фосфор, несколько уменьшающие растворимость азота в железе. Меи ы. Л1. При охлаждении стали, содержащей азот, нежелательным является скачкообразное изменение растворимости. При быстром охлаждении азот не успевает выделиться и раствор становится пересыщенным. Процесс выделения избыточного азота протекает во время эксплуатации готового изделия и во многих случаях приводит к ухудшению свойств стали старение и связанное с этим скачкообразное повышение прочности и понижение пластических свойств. Размеры частиц азота в металле значительно больше, чем водорода, поэтому скорости диффузии азота в железе более низкие. Коэффициент диффузии водорода в жидком железе Ин 8,,0 см2с, тогда как для азота 3, I О5 см2с, т. Растворимость азота в металле, находящемся под слоем шлака. Азот поступает в металл из материалов и атмосферы воздуха. Все современные сталеплавильные процессы протекают под слоем шлака. Известно, что шлак обеспечивает покровную функцию и должен защищать металл от поступления газов из окружающей среды. Замечено, что при такой защите шлаком, концентрация азота в металле ниже равновесной с парциальным давлением азота в газовой фазе. Этот факт хорошо известен в металлургии. В работах А. Г.ономаренко с соавторами было показано, что наличие шлака на поверхности металла и изменение парциального давления кислорода в газовой фазе могут существенно влиять на растворимость азота в металле. В рамках принятых А. Уатм . При переходе границы газ. В условиях открытой плавки, изза разности химических потенциалов кислорода на границах шлакгаз. Схема изменения окислительного потенциала в системе металлшлакгаз. Изменение давления кислорода в газовой фазе приводит к изменению активностей других компонентов, в том числе азота и водорода. Взаимодействие кислорода с другими элементами в объеме шлака вызывает их потоки, приводящие к созданию градиентов химических потенциалов. Это утверждение лежит в основе методики для расчета содержаний азота и водорода в металле под слоем шлака А. Г.Пономаренко. В шлаке существует тонкий слой, определяющий диффузионное сопротивление движению примеси, в то время как остальной объем не лимитирует процесс переноса. По мнению авторов работы для азота этот слой располагается в поверхностном слое шлака.