Современные способы раскисления и модифицирования стали Раскисление

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

Современные способы раскисления и модифицирования стали

Раскисление стали – это технологический процесс, при котором кислород, который растворен в металле, выводится из него или переводится в нерастворимое соединение, превращаясь в шлак. Раскисление стали Осаждающее раскисление Диффузионное раскисление Специальные способы раскисления Обработка синтетическими шлаками Вакуумное раскисление 2

Основные реакции происходящие при раскислении стали Общая схема образования оксида при раскислении x[R] + y[О] = Rx. Oy (1) Где R – раскислитель; x, y – стехиометрические коэффициенты Химическая реакция Стандартное изменение энергии Гиббса G 0= H 0 - T S 0, КДж/моль [Mn]+[O]=(Mn. O) 484, 36 -0, 241 T 2[Cr]+3[O]=(Cr 2 O 3) 1513, 8 -0, 52 T 2[V]+3[O]=(V 2 O 3) 401, 61 -0, 174 T [C]+x[O]={COx} 31, 84 -0, 032 T [Si]+[O]=(Si. O 2) 923, 48 -0, 415 T [Si]+3[O]+[Fe]=(Fe. O*Si. O 2) 1321, 3 -0, 595 T 2[Al]+3[O]=(Al 2 O 3) 904, 7 -0, 239 T 2[Al]+4[O]+[Fe]=(Fe. O*Al 2 O 3) 1122, 9 -0, 436 T [Ti]+2[O]=(Ti. O ) 588, 69 -0, 198 T 3

Сродство химических элементов к кислороду Химическое сродство - характеристика стремления элементов образовывать химические соединения. При температуре 1600 о. С химическое сродство элементов к кислороду убывает в следующем порядке Be, Ca, Zr, Mg, Al, Ti, C, Si, V, B, Mn, Cr, Fe, W, Mo, Co, Ni, Cu, As 4

Виды сталей в зависимости от степени раскисления Спокойные (СП) Полуспокойные (ПС) Кипящие (КП) 5

Модифицирование стали Модифицирование металлов и сплавов представляет собой процесс воздействия на кристаллизацию металлического расплава введением малых количеств редкоземельных и/или щелочноземельных элементов, изменяющих макро и микроструктуру, морфологию и распределение неметаллических включений. Ø Модифицирование способствует улучшению технологических свойств металла и качества металлопродукции Ø Общим для всех методов модифицирования является то, что эффект воздействия имеет свойство исчезать через определённый промежуток времени после выдержки расплава за счёт перехода из термодинамически неравновесного состояния в равновесное Ø Для получения наибольшего эффекта необходимо стремиться к реализации процесса модифицирования на поздних стадиях обработки стали 6

Способы модифицирования стали Существует три основных способа ввода модификаторов в сталь Ковшевое модифици рование Модифици рование при внепечной обработке стали Модифицирование при разливке стали 7

Металлургические агрегаты применяемые для раскисления и модифицирования стали Общая схема установки «ковш печь» 8

Металлургические агрегаты применяемые для раскисления и модифицирования стали 4 3 1 2 Общая схема камерного вакууматора VD: 1 – сталеразливочный ковш; 2 – вакуумная камера; 3– крышка вакуумной камеры; 4 – устройство для подачи сыпучих под вакуум 9

Щелочноземельные металлы — химические элементы, образующие 2 ую группу периодической таблицы элементов Д. И. Менделеева. К ним относятся бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) и радий (Ra). 10

Применение щелочноземельных металлов для раскисления и модифицирования стали Особенности применения щелочноземельных металлов для раскисления и модифицирования стали: 1. 2. 3. 4. 5. Снижение загрязненности модифицированной стали неметаллическими включениями, благодаря повышению ее жидкотекучести. Разрушение скоплений неметаллических включений за счет коротковременного снижения поверхностного натяжения стали. Придание глобулярной формы неметаллическим включениям остающимся в металле Очищение межзеренных границ благодаря взаимодействию ЩЗМ с кислородом, серой и фосфором и снижением их остаточных концентраций Оказание возмущающего действия на микростроение расплава и приведение его к более равновесному состоянию в силу размерного несоответствия атомов ЩЗМ с атомами железа 11

Применение кальция для раскисления и модифицирования стали 1. Применение кальциевого сплава для окончательного раскисления обеспечивает контролируемые состав и форму неметаллических включений и получение стали с низким содержанием кислорода. Кальций обладает прекрасным химическим свойством весьма сильным сродством к кислороду, но в то же время при температурах сталеварения находится в газообразном состоянии. 2. Кальций быстро удаляется из металла, расходуясь частично на раскисление, а частично на восстановление других окислов, поэтому с помощью только кальция, по видимому, невозможно получить устойчиво глубоко раскисленный металл. Поэтому, как правило, кальций применяют совместно с другими раскислителями, в частности в виде сплавов с кремнием, алюминием и железом. Химическая реакция lg K = –A/T + B A B 9843 – 2, 377 Ca. O·Al 2 O 3 = [Ca] + 2[Al] + 4[O] 71 047 15, 212 Ca. O· 2 Al 2 O 3 = [Ca] + 4[Al] + 7[O] 137 521 36, 476 Ca. O· 6 Al 2 O 3 = [Ca] + 12[Al] + 19[O] 401 927 122, 115 Ca. O = [Ca] + [O] 12

Применение бария для раскисления и модифицирования стали 1. В силу малой растворимости в жидком металле и высокой поверхностной активности барий не может быть эффективным раскислителем стали. 2. Высокая поверхностная активность бария позволяет рассматривать барий как достаточно эффективный модификатор. Использование бария в лигатурах приводит к измельчению неметаллических включений, гомогенизации жидкого металла, понижению температуры ликвидус, измельчению первичного зерна литой стали, увеличению технологической пластичности. Химическая реакция lg K = –A/T + B A B Ba. O = [Ba] + [O] 23 400 8, 73 Ba. O·Al 2 O 3 = [Ba] + 2[Al] + 4[O] 84 000 25, 76 3 Ba. O·Al 2 O 3 = 3[Ba] + 2[Al] + 6[O] 127 800 40, 95 Ba. O· 6 Al 2 O 3 = [Ba] + 12[Al] + 19[O] 402 350 125, 99 13

Применение комплексного раскислителя и модификатора содержащего щелочноземельные металлы при производстве стали Особенности применения комплексного раскислителя сплава Fe. Si. Ca. Ba: 1. Сталь должна быть предварительно раскислена 2. Железо и кремний растворяются в стали 3. Жидкие частицы нерастворимого Са. Ва сплава взаимодействуют с элементами, к которым Са и Ва имеют высокое химическое сродство, в частности, с кислородом, серой, фосфором и углеродом 4. Возникновение огромного множества микро и наночастиц Ва и Са в металлическом расплаве 5. Время химического взаимодействия заглубленного в сталь кальция составляет всего 3 4 минуты 6. Атомы или наночастицы бария и кальция в металле и при выходе на границу металл шлак соединяются с адсорбированными поверхностноактивными металлоидами (О, S и Р) и в виде соединений Ba. O, Ba. S, Ва. ЗР 2, Ca. O, Ca. S и Са. ЗР 2 переходят в шлак. В силу малых размеров они легко поглощаются шлаком, способствуя снижению содержания кислорода, серы и фосфора в стали. 14

Редкоземельные металлы Редкоземельные элементы— группа из 17 элементов, включающая скандий, иттрий и лантаноиды. Все они металлы серебристо белого цвета, при том все имеют сходные химические свойства (наиболее характерна степень окисления +3). 15

Применение редкоземельных металлов (РЗМ) для раскисления и модифицирования стали Особенности применения РЗМ для раскисления и модифицирования стали: 1. РЗМ полностью растворимы в жидком железе. При этом в твердом железе их растворимость мала. 2. Благодаря разности удельных весов жидкой стали и образовавшихся соединений РЗМ и пониженной растворимости РЗМ в жидкой стали соединения могут частично всплывать и, таким образом, сталь очищается от газов и вредных примесей. 3. Для наиболее полного удаления окислов РЗМ необходима определенная выдержка с момента введения РЗМ до начала затвердевания. 4. Содержание РЗМ в стали не должно превышать более 0, 07 %, поскольку при большем содержании начинают сни жаться значения ударной вязкости на поперечных образцах. 5. Церий и лантан имеют большее сродство к кислороду, чем алюминий, цирконий, титан и кремний, и большее сродство к сере, чем цирконий и марганец; поэтому они могут заменять 16 указанные металлические элементы в их оксидах и сульфидах.

Примеры химических составов сплавов РЗМ Для присадок в сталь получают сплав, называемый цериевый мишметалл и имеющий состав, %: Ce La Nd Pr 50 55 25 30 10 15 4 6 Наряду с цериевым мишметаллом в сталеплавильном производстве применяют также сплав РЗМ с кремнием и железом, или силицид РЗМ, содержащий, %: Ce La Nd Pr Si Fe 15 20 10 11 3 5 1 2 30 35 17

Предварительная подготовка расплава и техника введения редкоземельных металлов Подготовка расплава: До присадки РЗМ необходимо снизить содержание кислорода и серы до малых концентраций: Ø Содержание серы в стали перед введением РЗМ должно быть понижено за счет внепечной десульфурации до значений 0, 015 % и ниже. Ø Содержание кислорода необходимо снизить до значения 0, 008 % и менее. 18

Предварительная подготовка расплава и техника введения редкоземельных металлов Способы присадки РЗМ в ковш Присадка в струю стали при выпуске Присадка в ковш после выпуска Присадка в сталь под вакуумом 19

Предварительная подготовка расплава и техника введения редкоземельных металлов Присадка в изложницу 1 сталеразливочный ковш; 2 РЗМ, заплавленные в стальную трубу; 3 изложница; 4 баллон с аргоном; 5 центральный литник; 20

Предварительная подготовка расплава и техника введения редкоземельных металлов Присадка при непрерывной разливке Схема ввода порошковой проволоки в приемную воронку промежуточного ковша: 1 трех секционный промежуточный ковш; 2 разливочные секции; 3 защитная труба; 4 приемная секция; 5 область нисходящих потоков; 6 сталеразливочный ковш; 7 порошковая проволока; 8 покровный шлак; 9 металл. 21

Морфология неметаллических включений после присадки РЗМ в расплавленную сталь При присадке цериевого мишметалла в количестве 0, 2 % при разливке в струю в готовой стали присутствуют включения оксидов, оксисульфидов и сульфидов РЗМ следующих размеров: основная масса включений имеет размер от 3 до 10 мкм; относительно небольшая доля включений достигает размеров крупнее 10 мкм, эти включения представляли скопления многих малых частиц. При присадке цериевого мишметалла в количестве 0, 032. . . 0, 052 % в изложницу при сифонной разливке с защитой металла аргоном оксидные и сульфидные включения РЗМ имели размер ~ 7 мкм. 22

Производство стали в мире за 2007 2015 года Производство стали, млн. т. 1800. 00 1600. 00 1413. 60 1400. 00 1351. 30 1326. 50 1490. 10 1552. 90 1649. 30 1674. 00 1622. 80 1219. 70 1200. 00 1000. 00 800. 00 600. 00 400. 00 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 23

Производство стали в странах за 2015 год 803. 83 800. 00 700. 00 600. 00 500. 00 400. 00 300. 00 166. 20 200. 00 105. 15 89. 58 78. 92 71. 11 69. 67 100. 00 42. 68 33. 25 31. 55 22. 93 на аи У кр ци я ур я Т ра з ил и ия Б Ге рм ан ея ор ка К си я бл и Р ос А я нд и И ни я Ш пу Я по ю з со ий ск С Р ес Е вр оп ей К ит ай 0. 00 Производство стали, млн. т. 900. 00 24

Скачать презентацию Современные способы раскисления и модифицирования стали Раскисление

Презентация Microsoft Office PowerPoint.ppt

Количество слайдов: 24