Разработка технологии модифицирования стали материалами, содержащими барий и стронций

• Автор: Платонов, Максим Александрович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава 1. Анализ состояния сырьевой базы, способов получения и

применения бария и стронция в металлургии.

1.1. Применение бария и стронция в металлургическом производстве

1.2. Физикохимические свойства бария и стронция

1.3. Состояние сырьевой базы бария и стронция.

1.4. Способы получения сплавов с барием и стронцием.

1.5. Способы введения элементов в сталь.

1.7. Постановка задач исследования

Глава 2. Исследование металлургических свойств барийстронциевого

модификатора
2.1. Изучение вещественного состава барийстронциевого модификатора
2.2. Кинетика разложения карбонатов барийстронциевого модификатора
2.3. Определение температуры начала плавления барийстронциевого
модификатора.
Выводы к главе 2
Глава 3. Теоретическое исследование процессов восстановления бария и
стронция из оксидов в условиях внепечной обработки стали
3.1. Восстановление углеродом.
3.2. Восстановление кремнием
3.3. Восстановление алюминием.
3.4. Восстановление кремнием и алюминием
Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование процесса обработки стали
материалами, содержащими барий и стронций.
Выводы по главе 4
Глава 5. Промышленное исследование технологии модифицирования
стали барийстронциевым модификатором.
5.1. Промышленное исследование в дуговой печи
5.2. Промышленное исследование в индукционной печи.
5.3. Разработка технологических схем обработки стали
барийстронциевым модификатором.
Выводы по главе 5.
Заключение
Библиографический список
Приложение Л. Оценка неметаллических включений
Приложение Б. Микроструктура исследуемых образцов.
Приложение В. Химический состав полученных проб шлака некоторых
Приложение Г. Механические свойства образцов стали
Приложение Д. Временные технологические указания
Приложение Е. Расчет экономической эффективности замены силикобария и силикостронция барийстронциевым модификатором для обработки стали.
Приложение Ж. Акт внедрения в производство
Приложение И. Акт внедрения в учебный процесс ЮТИ ТУ
Приложение К. Акт внедрения в учебный процесс СибГИУ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


По данным авторов [5] оптимальные добавки силикокальция, силикоба-рия или стронциевой лигатуры (3 кг/т), а также ферроцерия (2 кг/т) существенно уменьшают загрязненность стали сульфидными включениями. Эги добавки также глобуляризуют сульфиды, увеличивают равномерность их распределения и измельчают дендритную структуру. Из исследуемых модификаторов менее эффективно в этом направлении влияет силико-кальций, после модифицирования которым только % сульфидных включений расположены в осях дендритов. При обработке стали силикобарием, ферроцерием или стронциевой лигатурой сульфиды преимущественно (примерно %) располагаются в осях дендритов. Причину большого различия влияния кальция и других ЩЗМ на расположение сульфидов в дендритной структуре металла авторы [5] не исследовали. Большой комплекс исследований по определению эффективности барий-и стронцийсодержащих сплавов для модифицирования литых и деформированных сталей выполнен Ю. А. Шульте, В. В. Луневым с соавторами [6 - 8]. Модифицирование конструкционной стали сплавами, содержащими ЩЗМ, существенно увеличивает ее жидкотекучесть, что улучшает качество поверхности слитков: количество корок, плен, заворотов заметно снижается. Для увеличения степени усвоения жидким металлом бария и стронция и других химически активных элементов, как показали В. А. Голубцов и соавторы [9], целесообразно вводить их как можно ближе к моменту кристаллизации и вместе с тем добиваться их равномерного распределения в объеме расплава. При этом одновременное введение в расплав нескольких элементов-модификаторов, каждый из которых выполняет свою, присущую только ему специфическую функцию, позволит более полно и с высокой эффективностью решать задачи по улучшению качества стали. В частности, барий обладает сильными поверхностно-активными свойствами и при его добавке в жидкую сталь способен оказать существенное влияние на протекание гстерофазиых реакций. Известны варианты модифицирования стали при использовании барий-стронциевого карбоната для обработки стали. Он был успешно опробован авторами для обработки стали марок ГЛ [] и Г2С [, ] и при производстве заготовок из инструментальной стали Р6М5 и ХМФ []. Ивакиным В. П. и др. Д.Ф. Эллиота [] была проведена оценка процессов восстановления бария и стронция из карбонатов алюминием и кремнием, растворенными в жидком металле, при обработке стали барийстронииевым модификатором. При этом было установлено, что восстановление бария и стронция из карбонатов возможно при концентрации кремния от 0,1 до 1,0 % и алюминия от 0, до 0, % в жидком металле. В работе [, ] авторы выдвинули гипотезу о механизме модифицирования стали ЩЗМ. При вводе после предварительного раскисления в жидкую сталь сплава РеСа-Ва его частицы расплавляются и вступают во взаимодействие с металлом, отдавая валентные электроны в коллективное пользование. При этом железо и кремний растворяются в стали, а оставшиеся жидкие частицы нерастворимого сплава Са-Ва взаимодействуют с элементами, к которым Са и Ва имеют высокое химическое сродство, в частности с кислородом, серой, фосфором и углеродом. При этом химическом взаимодействии межфазное натяжение резко снижается на границе сплава Са-Ва со сталью, что приводит к самодиспергированию капелек сплава Са-Ва до весьма малых размеров, вплоть до наночастиц. Этот процесс носит цепной взрывной характер, чему способствует и последующее испарение кальция, которое сопровождается резким (на порядки величин) увеличением межфазной поверхности и ослаблением межчастичных связей атомов в парах кальция. По экспериментальным определениям, продолжительность химического взаимодействия заглубленного в сталь кальция составляет всего 3-4 мин. Самодиспергирование металла при резком снижении межфазного натяжения вполне возможно и наблюдалось в металлургических системах во время экспериментов. В результате указанных процессов в стали на весьма короткое время, по существу, равное времени пребывания в ней Са и Ва, образуется высокодисперсная самоорганизующаяся система из частиц Са и Ва, поведение которой и определяет характер протекания процессов модифицирования.