Физико-химические свойства поливалентных элементов в расплавах и разработка энергоресурсосберегающих металлургических технологий

• Автор: Павлов, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 360 с. : ил

1. ТЕРМОДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ КАК ОСНОВА СОЗДАНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Способы дефосфорации легированных расплавов

1.2. Термодинамические особенности поведения переходных металлов в шлаковых расплавах

1.2.1. Термодинамика растворов оксидов хрома в шлаковых расплавах.

1.1.2. Термодинамика растворов оксидов вольфрама в шлаках

1.2. Существующие разработки в области прямого получения металла. Достоинства и недостатки

1.3. Цель исследования

2. ИЗУЧЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ И ВАЛЕНТНОГО СОСТОЯНИЯ АЗОТА В ШЛАКОВЫХ РАСПЛАВАХ В РАЗЛИЧНЫХ ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСТВОРОВ ФОСФОРА В МЕТАЛЛАХ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ДЕФОСФОРАЦИЯ

высоколегированных сплавов

3.1. Исследование термодинамических свойств растворов фосфора в сплавах на основе хрома и ванадия.
3.2. Исследование процессов восстановительной дефосфорации высоколегированных сплавов на основе хрома, марганца и ванадия.
3.2.1. Дефосфорация феррохрома за счСт перераспределения фосфора между нссмсшивающимнся металлическими фазами.
3.2.2. Фильтрационное рафинирование ферросплавов хрома.
3.3. Исследование условий образования фосфидов редкоземельных металлов в сплавах на основе железа, марганца, хрома и ванадия.
3.3.1. Образование фосфндных фаз с РЗМ в сплавах на основе железа.
3.3.2. Образование фосфидиых фаз с РЗМ в сплавах на основе марганца.
3.3.3. Образование фосфндных фаз с РЗМ в сплавах на основе хрома
3.3.4. Образование фосфндных фаз с РЗМ в сплавах на основе ванадия
3.3.5. Сравнительный анализ условий фосфидообразоваиия в сплавах железа, марганца, хрома н ванадия и оценка способа рафинирования ферросплавов при обработке их РЗМ.
3.4. Исследование условий образования фосфидов алюминия в сплавах на основе хрома
3.5. Обработка марганцовистой стали 0Г при вводе в расплав редкоземельных элементов и продувке порошком.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСТВОРОВ ОКСИДОВ
ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ШЛАКОВЫХ РАСПЛАВАХ
4.1. Исследование распределения вольфрама между металлом и шлаком в зависимост и от состава шлака и окпслснности методом отбора проб.
4.2. Калориметрическое определение термодинамических свойств оксидов вольфрама в шлаковых расплавах
4.2.1. Методика калориметрического эксперимента с контролем окисленности оксидных систем
4.2.2. Результаты калориметрических опытов по измерению теплоты растворения оксида вольфрама в расплаве СаОЮг
4.2.3. Схема расчета коэффициентов активности оксидов переходных металлов в шлаках из калориметрических данных.
4.2.4. Расчет термодинамических характеристик растворов оксидов вольфрама в шлаковых расплавах системы i
4.2.5. Оценка степени распределения вольфрама между металлом и шлаком из калориметрических данных.
4.2.6. Расисты коэффициента распределения вольфрама между металлом и шлаком по схеме
4.3. Изучение термодинамических характеристик оксидов хрома в шлаковых системах СаОЫОг и i
4.3.1. Калориметрическое определение теолог растворения оксидов хрома в шлаковых расплавах
4.3.2. Расчет термодинамических характеристик поведения оксида хрома в шлаковом расплаве.
4.3.3. Расчет коэффициента распределения хрома между металлом и шлаком
4.3.4. Изучение термодинамического поведения хрома в шлаках производства углеродистого феррохрома.
5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
РАСТВОРОВ ПОЛИВАЛЕНТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТАВА И
ОКИСЛЕННОСТИ ШЛАКОВОГО РАСПЛАВА.
6. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И ТЕХНОЛОГИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА И ФЕРРОСПЛАВОВ В ПЕЧИ НОВОГО ТИПА КИСЛОРОДНОМ РЕАКТОРЕ.
6.1. Отличительные черты кислородного реактора.
6.2. Экспериментальное изучение процесса плавки в кислородном реакторе на лабораторных моделях агрегата
6.2.1. Методика и результаты экспериментов по получению ферросплавов марганца на высокотемпературной лабораторной модели кислородного реактора с использованием газообразного кислорода.
6.2.2. Эксперименты на лабораторной модели кислородного реактора, воспроизводящей условия восстановления на поверхнети углеродистой насадки
6.2.2.1 Восстановление железных руд на коксовой насадке
6.2.2.2 Определения скорости плавления шлакообразующих смесей с углеродом без протекания восстановительных процессов.
6.2.2.3 Восстановление никелевых руд на коксовой насадке.
6.2.2.4 Получения ферросилиция и переработка ванадийсодержащих материалов на коксовой насадке.
6.3. Опытнопромышленное опробование кислородного реактора.
6.4. Технические характеристики и экономическая эффективность плавки в
кислородном реакторе
6.5. Математическая модель кислородного реактора.
6.5.1. Зональная модель кислородного реактора.
6.5.2. Особенности теплообмена в кислородном реакторе.
6.5.3. Методика расчета материального баланса плавки в кислородном реакторе.
6.5.4. Область применения и ограничения математической и физической моделей.
6.6. Моделирование выплавки различных видов ферросплавов в кислородном рсакторе.
6.6.1. Определение оптимальной формы кислородного реактора
6.6.2. Численные эксперименты по определению общих закономерностей выплавки основных видов ферросплавов
6.7. Рекомендации по конструированию кислородного реактора и ведению плавки в
зависимости от вида получаемого сплава
6.7.1. Методика конструирования кислородного реактора.
6.7.2. Технологические приемы старта и ведения плавки.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
8. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.
ПРИЛОЖЕНИЕ. Акты опытнопромышленного опробования процесса производства ферросплавов и чугуна в кислородном реакторе на ОАО Серовский металлургический завод.
ВВЕДЕНИЕ


Методы, с помощью которых определяют активность компонента в шлаковых расплавах разнообразные, но наиболее распросгранснныс метод ЭДС и метод распределения компонентов между металлической и шлаковой фазой. Основной трудностью при определении активности переходных элементов в шлаковом расплаве является выбор стандартного состояния, так как исследуемый компонент меняет валентное состояние в зависимости от внешних условий. Зачастую, авторы экспериментально не определяя валентность, интуитивно выбирают за стандартное состояние наиболее устойчивое в этих условиях соединение и для него определяют активность в шлаке. Для каждого из них авторы рассчитывают активности или коэффициенты активности в шлаке. Эта неопределенность в выборе стандартного состояния компонента в шлаке напрямую связана с теоретическими представлениями о строении оксидного расплава. Несмотря на огромную теоретическую и практическую значимость, вопросу об активности хрома в шлаковых расилавах уделяется не слишком много внимания. Исходя из промышленных экспериментов достаточно трудно оценить качественное влияние состава шлака на коэффициент активности хрома в шлаке, так как одновременно на распределение хрома между металлом и шлаком влияют несколько факторов. При изучении влияния различных условий на коэффициент активности хрома в шлаке авторы очень часто принимают за стандартное состояние оксида хрома сти СЮ или СГ2О3, в зависимости от условий, в которых проводят эксперименты. В работе авторы изучали, активность оксида хрома в шлаковых расплавах на основе и . За стандартное состояние был выбран СГ3О3. В шлаках СаОАЬОз при увеличении соотношения от 0. Влияние состава шлака системы i на коэффициент активности хрома в шлаке изучали в работе . В экспериментах изучали равновесие между шлаком и графитовым тиглем при С. Результаты экспериментов показали, что при увеличении основности ишака от i 0, до 8,1 коэффициент активности хрома в шлаке увеличивается от до 6. Такие результаты можно использовать только как пример поведения хрома в шлаках таких систем, т. Коэффициент активности Сг0 в шлаковой системе СаО ix определяли методом распределения хрома между металлом и шлаком . Коэффициент активности СЮ увеличивается от до 5 с увеличением основности i ог 0. При введении в шлак где i активность оксида хрома растет. В области высокоосновных шлаков при увеличении А0з коэффициент активности возрастает очень слабо. Активности СЮ и СггОэ в шлаках i СЮ, i СЮ и СаОii. С . Авторы утверждают, что СЮ и Сгз сосуществуют в расплаве. Поэтому равновесие в системе металлшлак можно выразить следующими реакциями. Зная константу равновесия реакций, определяя парциальное давление кислорода в системе методом ЭДС и массовое содержание в шлаке оксидов СЮ и Сгз химическим методом рассчигалн коэффициент активности СЮ и СггО. Результаты исследований показали, по в системе СаОЗЮгСЮх с увеличением основности шлака ВСаОЮ2 от 0. СЮ ог До 3,6 , а коэффициент акллшности СЮ от до 2,4. Рис. Исследования также показали, что активности оксидов в шлаке возрастают с уменьшением М0 и увеличением доли ЛЬО. Аналогичные эксперименты были проведены Муапом и сотрудниками . Здесь окислительновосстановительный потенциал контролировали продувкой смеси СОСОг. Расчеты по определению коэффициентов активности проводили по той же методике, что и в работе . Результаты экспериментов показали, что с ростом основности шлака ВСаОБЮг от 0. Ро2 . ЦНС1ГГ активности СЮ увеличивается от 1. СЮ 1. Рис. С увеличением доли оксида А0з Д С,0 и увелнчиваютея. СЮ и СЮ в шлаке. Интересным с точки зрения практики производства феррохрома явились исследования , в которых определили активность оксида хрома в шлаках, близких по составу к реальному феррохрому Таблица 1. Г 0. Видно, что результаты работ, проведенных по одной методике, отличаются друг от друга. Таким образом, литературные данные по термодинамике растворов оксидов хрома в шлаковых расплавах противоречивы, что связано с несовершенством методики например, определение доли двух и трехвалентного хрома в шлаке при помощи химического анализа.