Теоретические и технологические принципы глубокого обезуглероживания стали в ковшевых вакууматорах большой вместимости

• Автор: Фоменко, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Современные теоретические представления о процессе окисления углерода в стали

1.1 Термодинамика и кинетика окисления углерода

1.2 Современные представления о процессе обезуглероживания под вакуумом

2 Технологические принципы производства ультранизкоуглеродистой стали

2.1 Методика проведения химического анализа металла

2.2 Выплавка полупродукта в конвертере и его выпуск

2.3 Вакуумное обезуглероживание расплава

2.4 Раскисление, легирование и разливка стали

3 Теоретические основы и моделирование глубокого обезуглероживания в ковшевом вакууматоре
3.1 Окисление углерода на поверхности пузырей аргона
3.1.1 Оценка режима истечения аргона
3.1.2 Оценка начального диаметра пузыря аргона
3.1.3 Оценка изменения количества вещества в пузыре аргона
при его всплывании
3.1.4 Определение соотношения СО и С при обезуглероживании
3.1.5 Решение дифференциального уравнения
3.2 Окисление углерода на свободной поверхности
3.3 Самопроизвольное обезуглероживание
3.3.1 Оценка возможности самопроизвольного обезуглеро
живания
3.3.2 Изменения количества вещества в пузыре СО и С при его всплывании
3.3.3 Определение максимального размера зародыша
3.3.4 Оценка значения параметра Р для условий ковшевого вакууматора конвертерного производства ОЛО Северсталь
3.4 Влияние окисленности шлака на активность кислорода в металле
3.5 Результаты расчета процесса обезуглероживания с учетом и
без учета давления шлака
3.6 Определение влияния мощности изотермического расширения газа на поведение шлака
3.7 Результаты расчета по модели, учитывающей поведение
3.8 Влияние основных механизмов на скорость обезуглероживания
3.9 Технологическое применение модели
Заключение
Список использованных источников


Вероятнее всего, окисление углерода, проходившее по реакции (7), сменялось реакцией (1) при условии отсутствия шлака. Такое определение критической концентрации отличается от предыдущего. Кроме того, при смене реакции обезуглероживания, начало кипения / не всегда совпадало с точкой пересечения, определяющую критическую концентрацию (рисунок 1). При концентрации углерода выше критической, скорость обезуглероживания металла не зависит от перемешивания металла /9/, что подтверждает правильность представления о лимитирующем влиянии скорости подвода окислителя. Перемешивание ванны, индукционное или при кипении, снижает значение критической концентрации /5/, подтверждая правильность представления о лимитирующем влиянии скорости подвода окисляемого элемента к месту реакции. Дальнейшее изучение процесса обезуглероживания в условиях лабораторного эксперимента привело к усложнению представления о протекающих процессах /,,/. Процесс окисления углерода слагается из четырех различных по своей продолжительности периодов. Поверхностного окисления углерода на границе расплав - газ. Поверхностного окисления железа и шлакообразования с накоплением кислорода в объеме металла до значительного пересыщения против равновесного соотношения с углеродом. Окисления углерода в расплаве, ниже границы раздела газ - расплав с активным газовыделением и перемешиванием расплава. Резкого замедления окисления углерода и затухание процесса. Лимитирующим звеном в эти периоды, по мнению авторов, является подвод окислителя в зону реакции. Только при низком содержании углерода при объемном кипении и в конце поверхностного окисления углерода наблюдали связь скорости обезуглероживания с содержанием углерода. Это свидетельствует о торможении процесса обезуглероживания доставкой углерода в зону реакции. Как было объяснено позже //, во втором периоде, вместо смены режимов происходит перемещение реакционной зоны в объем металла. Смена режимов и достижение критической концентрации происходит только в начале завершающего четвертого периода при резком замедлении процесса. Литературные данные /,,/ на основе эксперимента в лабораторных, а также в промышленных условиях, показывают, что при обезуглероживании расплава существует несколько критических концентраций, при достижении которых происходит смена режимов. Первая критическая концентрация достигается при поверхностном кипении металла, а вторая - в новой гидродинамической обстановке, при переходе к глубинному кипению расплава. Схематическое объяснение такого протекания процесса обезуглероживания приведено на рисунке 3. При интенсивном подводе к расплаву кислорода достигается концентрация [С]с (рисунок 3), когда кислородный диффузионный слой перемещается из газовой фазы в поверхностный слой металла. При этом происходит смена лимитирования процесса с кислородного в газовой фазе на тоже самое кислородное, но в поверхностном слое металла. В этих условиях возникает и поддерживается поверхностное кипение расплава. При этом с повышением интенсивности кипения усиливается перемешивание расплава, что способствует росту диффузионных потоков углерода и кислорода и, следовательно, увеличению средней скорости обезуглероживания. По достижении критических условий, когда потоки кислорода и углерода сравняются (линия [С]кр), интенсивность кипения и скорость обезуглероживания начинает уменьшаться. С понижением концентрации углерода создаются условия для поступления кислорода в объем металла, глубинного кипения расплава и повышения скорости обезуглероживания за счет интенсивного перемешивания и роста реакционной поверхности. По достижении новых критических условий (линия [С]кр’), интенсивность кипения уменьшается, а на кривой появляется второй максимум. В более поздних работах С. И. Филиппова и сотрудников //, процесс окисления углерода состоит из пяти этапов. На первом этапе скорость обезуглероживания постоянна и не зависит от содержания углерода в расплаве. Этот период продолжается до достижения критической концентрации, после чего начинается второй период, в котором на поверхности расплава появляется окисная пленка и происходит замедление процесса.