Анализ современных металлургических технологий получения качественной стали. Лабораторный практикум

6.2 Порядок проведения работы

1  Ознакомиться с описанием системы термодинамического моделирования «ГИББС».

2  Ввестивсистемузаданнуюмассурасплавасоответствующего химического состава - выбирается студентом согласно варианту индивидуального задания (номер варианта соответствует номеру в списке журнала учета занятий).

3  При выполнении расчетов не учитывать взаимодействие раскислителя со шлаком. Считать, что шлакообразующие вообще не присаживаются. После присадки раскислителей система «ГИББС» выдает равновесный состав шлака, который соответствует равновесному составу неметаллических включений, образующихся после присадки раскислителей.

4  Выполнить расчеты при температурах 1535 и 1590 ○С. 5  Построить зависимость конечного содержания кислорода в

металле от добавки алюминия в заданном интервале. Концентрации Si и Mn принять в соответствии со средними марочными значениями.

6  Проанализировать полученные зависимости: [O] – [Al] при двух температурах: 1535 и 1590 ○С. Сделать вывод о влиянии перегрева металла на результаты последнего раскисления алюминием.

6.3 Требования к оформлению отчета

См. лабораторную работу 1, подпункт 1.3.

6.4 Варианты заданий

31

Контрольные вопросы

1  Напишите реакции получения оксидных фаз при взаимодействии вышеперечисленных элементов с кислородом.

2  Постройте ряд элементов в порядке возрастания сродства к кислороду.

3  Каким образом можно повысить эффективность удаления неметаллических включений в шлак?

4  Как температура влияет на глубину раскисления металла? 5  Какие элементы, кроме тех, что приведены в работе, могут

считаться раскислителями для железа?

32

Лабораторная работа 7

Влияние вторичного окисления на состав оксидных включений в жидкой стали

Цель работы. Изучить влияние вторичного окисления на состав оксидных включений в жидкой стали.

7.1 Теоретическое введение

Одной из распространенных причин брака стали является вторичное (повторное) окисление металла, являющееся следствием взаимодействия металла с кислородом воздуха при выпуске и разливке, а также с конечным окислительным шлаком, огнеупорами и т.п.

Развитие процессов вторичного окисления металла определяется процессами взаимодействия:

1)  металла с окислительным печным шлаком после введения раскислителей в сталеразливочный ковш;

2)  струи металла с атмосферой при выпуске металла в сталеразливочный ковш;

3)  струи металла с атмосферой при перетекании металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш;

4)  поверхности металла в промежуточном ковше с атмосферой; 5)  струи металла с воздухом, захваченным (эжектированным)

струей металла при разливке по изложницам или в кристаллизатор установки непрерывной разливки;

6)  поверхности металла в изложнице или кристаллизаторе с атмосферой;

7)  металла, раскисленного сильными раскислителями (кальцием, магнием, резкоземельными металлами), с оксидами футеровки ковша [6].

Основные положения, относительно механизма взаимодействия составляющих металла и кислорода, изложены в лабораторной работе 6 (подраздел 6.1) данного лабораторного практикума.

Различие окислительного потенциала воздуха и раскисленного металла создает трудность защиты металла от вторичного окисления. Помимо окисления струя металла при выпуске и разливке

33

взаимодействует с азотом и влагой воздуха. Парадокс заключается в том, что чем чище от примесей сталь (в результате внепечной обработки), чем меньше в ней поверхностно-активных примесей, такой, например, как сера, «блокирующих» поверхность, тем больший вред качеству стали, а значит, и конечной металлопродукции может нанести контакт с атмосферой. Поэтому предотвращение контакта струи металла, подвергнутого внепечной обработке, с воздухом является обязательным.

Из существующих многочисленных способов предотвращения окисления металла чаще используют следующие:

1)  отсечку окислительного конечного шлака и наведение в ковше шлака, содержащего минимальное количество оксидов железа; 2)  защиту струи металла инертным (или восстановительным)

газом;

3)  организацию уплотнения между сталеразливочным и промежуточными ковшами;

4)  введение с помощью удлиненных разливочных стаканов струи металла вглубь (так называемая «разливка под уровень»).

Существенное снижение вторичного окисления металла позволяет значительно повысить качество металлопродукции и обеспечить ее конкурентоспособность как на внутреннем, так и на внешнем рынке.

7.2 Порядок проведения работы

1  Ознакомиться с описанием системы имитационного моделирования «ГИББС».

2  Ввестивсистемузаданнуюмассурасплавасоответствующего химического состава - выбирается студентом согласно варианту индивидуального задания (номер варианта соответствует номеру в списке журнала учета занятий).

3  Смоделировать вторичное окисление - ввести дополнительную массу молекулярного кислорода, поглощенного при вторичном окислении (также в соответствии с вариантом).

4  Построить зависимости содержания оксидов FeО, MnО, SiО2, Al203 во включениях от массы поглощенного вторичного кислорода при температурах 1500 и 1600 ○С.

34

5  Построить зависимость общей массы образующихся включений от массы поглощенного вторичного кислорода при температурах 1500 и 1600 ○С.

6  Проанализировать полученные зависимости. Сделать вывод о влиянии массы введенного кислорода, попадающего в ванну металла за счет вторичного окисления, на состав и массу неметаллических включений.

7.3 Требования к оформлению отчета

См. лабораторную работу 1, подпункт 1.3.

7.4 Варианты заданий

35

Контрольные вопросы

1  Напишите реакции получения оксидных фаз при взаимодействии вышеперечисленных элементов с кислородом.

2  Постройте ряд элементов в порядке возрастания сродства к кислороду.

3  Перечислите способы защиты металла от вторичного окисления.

4  Какие технологические приемы, применяемые при внепечном рафинировании, могут повышать вторичное окисление? Какова здесь роль интенсивности подачи аргона?

5  Как охлаждение металла повлияет на массу образующихся и скорость удаления неметаллических включений?

36

Список использованных источников

1  Григорян, В.А. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов [Текст] : сб. задач с решениями / В.А. Григорян [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : МИСиС, 2007. - 318 с.

2  Лузгин, В.П. Теория и технология металлургии стали : энергетика, технология и экология сталеплавильных процессов [Текст] : учеб.-метод. пособие / В.П. Лузгин, К.Л. Косырев, О.А. Комолова. - М. : Изд. Дом МИСиС, 2010. - 67 с.

3  Семин, А.Е. Современные проблемы металлургии и материаловедения [Текст] : практикум / А.Е. Семин, А.В. Алпатов, Г.И. Котельников. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2015. - 56 с.

4  Съемщиков, Н.С. Моделирование процессов обезуглероживания высоколегированных сплавов в электропечи с помощью компьютерной системы ГИББС™ [Текст] / Н.С. Съемщиков [и др.]. / Тр. 7-го Конгресса сталеплавильщиков. – М. : ОАО

«Черметинформация», 2002. – С. 305-308.

5  Толстолуцкий, А.А. Моделирование плавки низколегированной стали в электропечи с использованием компьютерной системы ГИББС™ [Текст] / А.А. Толстолуцкий [и др.]. / Тр. 7-го Конгресса сталеплавильщиков. – М. : ОАО

«Черметинформация», 2002. – С. 309-313.

6  http://emchezgia.ru/vakuumnaya/13_predotvrashchenie_ okisleniya_metalla.php дата обращения 9.09.2018 г.

37

Приложение А

Описание программы «ГИББС»

Основное назначение системы термодинамического моделирования «ГИББС» – имитация плавки стали. Это означает, что по заданным количествам исходных материалов и их химическому составу компьютер рассчитывает равновесные составы и массы металла, шлака и газовой фазы при температуре и давлении, заданных пользователем. Поскольку в реальности в течение плавки меняются многие параметры, то для расчета необходимо разбиение ее на периоды, во время которых условия более или менее стабильны, и проводить расчеты для таких условных периодов. И хотя обычно плавка и состоит из расплавления, кипения, рафинирования и обработки в ковше, обсчитываемых периодов может быть больше или меньше. Например, во время восстановительного периода в ванну добавляют раскислители и легирующие, при расчете можно к металлу добавить все материалы сразу, а можно просчитать и проследить изменение состава металла при добавке каждого материала по отдельности. Таким образом, полная имитация плавки будет состоять

из отдельных расчетных фрагментов.

Врабочем окне программы вы видите перечень всех функций, которые необходимы при работе с программой (рисунок 1). В программе можно работать как на русском, так и на английском языке.

Впервой строке представлены пункты меню, которые полностью отражены на нижестоящих панелях.

Вцентральной части рабочего окна отображен перечень материалов, их масс и долей, используемых при решении поставленных задач. В правой части окна отображен их химический состав. С помощью кнопок 1 и 2 (см рисунок 1) можно добавлять и удалять материалы из списка набора шихты. Необходимые материалы заносятся в память программы с помощью кнопки 3 (редактирование базы с материалами (Ctrl+M)). Кнопка 4 (произвести расчет равновесия в системе металл–шлак–газовая фаза (Ctrl+Enter)) позволяет провести данный расчет. Итоговый результат проведенного расчета выводится в новом окне (рисунок 2), где представлены равновесные концентрации металла, шлака и газовой фазы, а также параметры проведенного расчета. Программа устроена так, что позволяет вернуться к начальным условиям расчета (кнопка 1, см.

38

рисунок 2), а также может выполнять дальнейшие вычисления с учетом уже проделанных операций (кнопка 2, см. рисунок 2).

Рисунок 1 – Экранная форма программного комплекса «ГИББС»

Рисунок 2 – Результат расчета равновесия в системе металл–шлак–газовая фаза

39

Для начала работы с программой «ГИББС» необходимо создать базу с шихтовыми материалами, которые в дальнейшем будут использованы при решении разного рода задач. Все используемые функции представлены в окне «Редактирование материалов» в верхнем левом углу рисунка 3. С помощью клавиши 1 «Создать новую базу» создаем базу с материалами, которая имеет расширение *.mat. Затем с помощью кнопки 2 «Добавить новый состав» задаем составы материалов, необходимые при решении поставленных задач (рисунок 4). В правом верхнем углу задается название создаваемого нового состава. В основном рабочем окне перечисляются все желаемые элементы латинскими буквами, а в нижней строке предлагается указать основной элемент. Для того чтобы ввести материалы в только что созданный состав, надо воспользоваться клавишей 3 «Добавить новый материал», химический состав которых задается в правой части рабочего окна (см. рисунок 3). Внешний вид созданной базы шихтовых материалов представлен на рисунке 5.

Рисунок 3 – Создание общей базы с шихтовыми материалами (Ctrl+M)

Аналогичным образом вводятся и создаются новые интересующие составы и материалы, а затем выход из данного рабочего окна осуществляется с помощью клавиши 4 «Сохранить все изменения на диске и выйти – Ctrl+Q», (см. рисунок 3). Помимо

40