Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ РАСКИСЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ СТАЛИ Х18Н10Т КАЛЬЦИЕМ И БАРИЕМ

Проведен термодинамический анализ процессов, протекающих при раскислении коррозионностойкой стали типа Х18Н10Т кальцием и барием. Рассчитаны поверхности растворимости компонентов в жидкой стали,, а также диаграммы расхода лигатуры. Обсуждены проблемы защиты поверхности кристаллизующегося слитка легкоплавким шлаком, образующимся при введении лигатур во время разливки.

При разливке высокохромистых сталей и сплавов тугоплавкие оксиды хрома и хромшпинели ды, оксинитриды титана и выделения корунда способны образовать тугоплавкие корочки, которые создают подвороты. Если бы существовал между изложницей и металлом жидкоподвижный шлаковый слой, то он не дал бы возможности закрепиться этим корочкам, а следовательно, появилась бы возможность борьбы с подворотами в слитках. Самый простой способ образовать шлаковую прослойку между изложницей и поверхностью слитка — это вызвать образование в основном жидкоподвижных неметаллических включений при раскислении стали, поэтому необходимо решить вопрос в принципе, возможно ли образование этих включений при раскислении, в частности при раскислении коррозионностойкой стали, какое количество шлаковой фазы может образоваться и какой состав эта фаза имеет. При решении этой проблемы необходимо установить концентрационные пределы составов металла, равновесного с жидкоподвижной шлаковой фазой эндогенного происхождения. Для этой цели нужно построить поверхность растворимости компонентов в стали (ПРКМ) по имеющимся термодинамическим данным.

С термодинамической точки зрения коррозионностойкую сталь типа 08Х18Н10Т, содержащую барий и кальций, можно рассматривать как двенадцатикомпонентную систему Fe — Ва— Са — Ti — Сг — Al — Mn — Si — О — С— N —Ni. Анализ фазовых равновесий в данной системе показал, что в равновесии с жидким металлом, в зависимости от содержания алюми ния, азота, кальция и бария, могут находиться следующие неметаллические фазы: ок сикарбонитридный (ОКН) раствор титана (TiO, TiC, TiN), алюминаты кальция (СаО * 2А1203, СаС) • бА^Оз), корунд (А12ОЗ), оксидный расплав (FeO, ВаО, СаО, Ti02, Сг203, А12Оз, MnO, Si02) переменного состава. Также возможно появление газообразных продуктов (СО, С02 и Са).

С использованием методики, разработанной авторами [1,2], рассчитаны поверхности растворимости компонентов в жидком металле данной системы. Результаты расчетов представлены на рис.1. Область I соответствует равновесию жидкого металла с корундом.

В областях II и П1 заданы составы жидкого металла, находящегося в равновесии с гекса и биалюминатами кальция соответственно, в области IV с оксидным расплавом, в области V — с ОКН и в области VI — составы жидкого металла, равновесного с газовой фазой, содержащей СО, С02 и Са. Контрастными линиями обозначены составы жидкого металла, находящегося в равновесии одновременно с двумя оксидными фазами. На линии аЪ нанесены составы жидкого металла, равновесного с А12Оэ И СаО • 6А12Оэ, на линии cd — с 10 СаО • 6А12Оэ И СаО • 2А1203. На линии rs нанесены составы жидкого металла и ОКН раствора, равновесного с оксидным расплавом. На линии ef нанесены составы жидкого металла и оксидного расплава, равновесного с Са0*2А1203, на линии тп — с газовой фазой (СО, С02, Са). Тонкими линиями показаны сечения поверхности растворимости плоскостями постоянной концентрации кислорода в металле. Термодинамический анализ раскислительной способности элементов в железе позволяет произвести расчеты их расхода на операции раскисления и легирования расплава. Применительно к системе Fe — Ва — Са — Ti — Сг —Al Mn SiOCNNi расход элементов на раскисление и легирование можно определить с использованием балансовых уравнений [1]. При этом необходимо задаваться составом исходного металла и составами равновесных фаз. Последнее устанавли вается при расчетах ПРКМ систем. На рис.2 представлены результаты, расчета расхода бария и кальция на раскисление 1 т железа, содержащего 0,005 % 02. Расчет произведен для ПРКМ системы FeBaCa 0,6% Ti 18% Сг 0,3% Si 0,4% Mn 0,01% Al 0,08% С 0,03% N 10% Ni, Г = 1873 К.

Если точка, соответствующая определенному расходу бария и кальция, попадает в область V, то продуктом раскисления будет ок сикарбонитридный раствор; если эта точка попадает в область VII, то продукты раскисления состоят из оксикарбонитридного раствора и оксидного расплава. При расчете линии г's' составы металла после раскисления выбирали на линии rs (см.рис.1,а), а продуктом раскисления считали ОКН раствор. Линию r”s” рассчитывали для тех же составов конечного металла, но в качестве продукта раскисления брали равновесный с ним оксидный расплав. Аналогичные расчеты были сделаны для составов металла, лежащих на линии тп.

Для образования оксидного расплава необходимо подавать 0,9 1,6 кг кальция на 1т стали. Количество оксидного расплава зависит от содержания алюминия в жидком металле. При 0,01% [Al] (по массе) максимально образуется 52 г оксидного расплава на 1 т стали.

Образование шлаковых неметаллических включений при раскислен™ высокохромистых сталей лигатурами со щелочноземельными элементами возможно, но количество образовавшегося шлака за счет взаимодействия раскис лителей с кислородом металла незначительно. Такого количества шлака недостаточно даже для того, чтобы более или менее надежно закрыть поверхность подымающегося металла ( Зона составов металла, которой отвечает образование жидкоподвижных включений, крайне ограничена по концентрациям, реализация соответствующего равновесия в условиях реальной плавки наверняка будет затруднена. Для 'формирования защитных свойств легкоплавких восстановительных оксидных расплавов необходимо составление специальных экзотермических смесей, содержащих флюорит и лигатуры со щелочноземельными металлами и алюминием. Метод введения лигатуры должен обеспечить образование самоплавкой шлаковой смеси на поверхности слитка как за счет окисления лигатуры кислородом, растворенным в стали, так и за счет кислорода атмосферы изложницы с пироэффектом, достаточным для образования активного защитного шлака на поверхности поднимающегося металла. В состав лигатуры необходимо вводить плавни, например флюорит.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994

Экспертиза

на главную