Исследование и разработка технологии рафинирования металлического расплава от неметаллических включений с целью повышения качества кордовой стали

• Автор: Кушнерев, Илья Васильевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

1. Теоретические аспекты производства сталей с низкой загрязненностью неметаллическими включениями.

1.1. Массоперенос неметаллических включений в металлическом расплаве

1.1.1. Всплытие в невозмущенном расплаве.

1.1.2. Всплытие в процессе продувки инертным газом.

1.2. Ассимиляция неметаллических включений шлаком

2. Производство сталей с пониженной загрязненностью неметаллическими включениями.

2.1. Анализ вариантов технологий.

2.2. Методика сбора и обработки производственных данных

3. Гидродинамика удаления неметаллических включений.

3.1. Массоперенос неметаллических включений

3.2. Влияние эмульгирования шлака на эффективность рафинирования расплава

3.2.1. Методика проведения эксперимента.
3.2.2. Результаты холодного моделирования.
3.2.2.1. Системы водамасло и водасольмасло.
3.2.2.2. Системы водакеросин и водасолькеросин.
3.2.3. Схема протекания процесса эмульгирования
3.2.4. Влияние условий эксперимента на степень эмульгирования
4. Физикохимическое взаимодействие неметаллических включений со шлаковой фазой
4.1. Описание исследовательских плавок.
4.2. Проведение отбора проб
4.3. Металлографический анализ.
4.3.1. Методика проведения
4.3.2. Результаты.
4.4. Растровая электронная микроскопия и спектральный анализ состава
неметаллических включений
4.5. Термодинамика взаимодействия неметаллических включений со шлаком
5. Проведение промышленного эксперимента
5.1. Методика огбора проб
5.2. Технология проведения опытных плавок
5.2.1. Выпуск.
5.2.2. Обработка на установке ковшпечь.
5.3. Результаты проведения опытных плавок.
Выводы.
Список литературы


Наблюдавшееся другими исследователями более быстрое удаление глиноземных включений по сравнению с силикатными С. И. Попель и Дерябин 5 объясняют действием двух факторов 1 введение алюминия в сильно окисленный металл может обусловить местные перегревы, которые усиливают конвективные токи, ускоряющие подъем частиц 2 глиноземные включения, имеющие меньшую адгезию к стали, легче выделяются из нее в шлак на границе раздела фаз. В работе Григоряна В. А. и др. ПАВ на удаление включений в качестве отдельной движущей силы, приводящей к перемещению частиц в поле концентраций ПАВ. Так неодинаковая адсорбция в лобовой и хвостовой частях неметаллического включения должна приводить к градиенту поверхностного натяжения вдоль поверхности частицы и возникновению силы
и Г7 фактической адсорбции. Ф полная поверхность частицы Г адсорбция с концентрация поверхностноактивной примеси. Авторы 6 проводили опыты по созданию диффузионных полей таких поверхностноактивных элементов как кремний, марганец и кислород. В результате изучения шлифов закаленных проб опытного и сравнительного металла было установлено, что скорость всплывания неметаллических включений в концентрационном поле кремния выше, чем в гравитационном в раз, а в случае марганца раз. Механизм данного явления по мнению В. А. Григоряна заключается в укрупнении мелких НВ в локальных объемах расплава, перемещаемыми конвективными потоками в течение некоторого времени как единое целое. В результате относительного движения частиц ПОД действием СИЛЫ ф происходит ортокинетическая коагуляция и укрупнение в центрах, создающих концентрационную неоднородность в локальных объемах расплава. После укрупнения включения всплывают под действием гравитационных сил. Возможность использования уравнения Стокса в практических расчетах по удалению неметаллических включений в шлак показана в работе 7. А площадь поверхности шлака, м3 С содержание включений, м. В работе Тогажа 8 уравнение Стокса использовалось для построения регрессионной модели, описывающей скорость всплытия полиэтиленовых кластеров, моделировавших скопления корунда, в воде. Ос диаметр кластера, возникшего вследствие коагуляции мелких включений. Японские исследователи 9 проводили опыты по изучению удаления силикатных НВ из расплава меди. Ав
Ж К
где А площадь поверхности раздела фаз металл шлак Ут объем металла Vр скорость всплытия в соответствии с законом Стокса ДОу 1 количество включений. Травин О. В. и др. Стокса, изменение содержания включений во времени может быть описано уравнением вида
где Со и С начальная и текущая концентрация неметаллических включений в металле, У0 начальная объемная доля включений,
Р. Стокса. С концентрация включений, А поверхность контакта металла со шлаком, элементарное время контакта, 1 скорость всплывания частиц. На основании анализа уравнения 9 авторы приходят к важному выводу о наличии зависимости степени удаления неметаллических включений от начального содержания кислорода в стали. УП. В результате авторы приходят к выводу, что удалению неметаллических включений может способствовать передув металла в сталеплавильном агрегате. При этом, если время выдержки металла в ковше с целью рафинирования от неметаллических включений оказывается меньшим некоторого критического соответствующего равенству концентраций включений в расплавах с различной начальной загрязненностью продуктами раскисления рис. Это мероприятие снизит величину начального содержания кислорода, понизив вместе с тем скорость удаления неметаллических включений. Однако в результате будет достигнута меньшая концентрация включений. Рисунок 1. Очевидно, что более полному удалению включений благоприятствует увеличение времени выдержки металла в ковше. При этом, по мнению авторов , в случае применения продувки аргоном, целесообразно использовать инертный газ после возможно большего времени выдержки металла в ковше без продувки. То есть, по мнению Травина О. В. и др. Удаление неметаллических включений путем осаждения на футеровке, по мнению ряда исследователей 7, , происходит в результате турбулентной диффузии.