МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт металлургии и химии

Кафедра металлургических технологий

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

«Расчеты процессов внепечной обработки сплавов»

ПО КУРСУ «ВНЕПЕЧНАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ»

Учебно-методическое пособие

Специальность: 150101 – Металлургия черных металлов

Череповец, 2006

Методические указания к выполнению практических работ по курсу «Внепечная обработка стали»: Учебно-методическое пособие. - Череповец: ГОУ ВПО ЧГУ, 2005, -...с.

Рассмотрено на заседании кафедры Металлургических технологий, протокол №... от ... 06 г. Одобрено редакционно-издательской комиссией Института металлургии и химии ГОУ ВПО ЧГУ, протокол №... от ... 06 г.

Настоящее учебно-методическое пособие включает ......

С о с т а в и т е л ь : А.Т. Степанов - кандидат технических наук, доцент.

Р е ц е н з е н т ы :

На у ч н ы й р е д а к т о р :

Практическая работа № 1 Обработка стали в ковше синтетическим шлаком

В процессе рафинирования стали в ковше жидким синтетическим шлаком протекает сложный комплекс весьма разнообразных физико-химических процессов. Некоторые из этих процессов практически не могут происходить при обычном рафинировании металла в печи или конвертере, хотя для этого и создаются благоприятные условия. При рафинировании металла синтетическим шлаком в ковше физико-химических процессы приобретают целый ряд особенностей, отличающих их от процессов, протекающих при относительно спокойном состоянии шлаковой и металлической фаз.

При сливе металла на находящийся в ковше синтетический шлак с достаточно большой высоты происходит интенсивное перемешивание обеих реагирующих фаз, эмульгирование шлака в металле и в такой же степени, эмульгирование металла в шлаке, а также последующее разделение фаз. Эти процессы определяются многими параметрами: массой сливаемого на шлак металла и количеством самого шлака, скоростью слива металла, высотой падения струи, а также физико-химическими свойствами реагирующих фаз, такими как вязкость и плотность металла и шлака, составом металла и шлака, межфазным натяжением на их границе и другими.

Применяя рафинирование стали в ковше жидким синтетическим шлаком экономически и технологически целесообразно перенести в ковш практически полностью процессы десульфурации и удаления кислорода (раскисления). При этом, в металле в результате реакций раскисления образуются неметаллические включения, а также протекают процессы их коагуляции и ассимиляции эмульгированным синтетическим шлаком и всплывания из металла в слой шлака. Одновременно протекают процессы перераспределения серы и части кислорода между металлом и шлаком, содержание которых стремится к равновесным. Кроме того, в ковше создаются термодинамические условия для восстановления некоторых элементов, например, алюминия из известково-глинозёмистых шлаков, что оказывает дополнительное положительное влияние на десульфурацию стали.

Синтетический известково-глинозёмистый шлак, содержащий 38-43 % Al₂O₃, 50-55 % CaO, менее 3-4 % SiO₂ и менее 1,0 % FeO, получают сплавлением глинозёмистого и известкового компонентов в специальных печах.

1. Термодинамика процесса рафинирования стали жидким синтетическим шлаком

Удаление неметаллических включений из металла - один из основных процессов описываемого метода рафинирования, происходит путём их самопроизвольного перехода в шлак. При этом происходит изменение свободной энергии системы, которое определяется межфазными свойствами и может быть определено по уравнению:

(1.1)

где S_B – площадь поверхности включений, м²; – межфазная энергия на границе шлак-включение и металл-включение, МДж/м².

Включения будут переходить из металла в шлак, если , т.е. . Выражение (1.1) можно представить в виде следующих зависимостей:

(1.2)

(1.3)

где - поверхностное натяжение металла и шлака, МДж/м²; – межфазное натяжение на границе металл-шлак, МДж/м²; – краевой угол смачивания на границе раздела фаз металл-шлак, шлак-включение и шлак-металл-включение, град.

Из уравнений следует, что термодинамика процесса рафинирования расплава от неметаллических включений определяется межфазными свойствами. В таблице 1.1 приведены межфазные свойства некоторых расплавов.

В тех случаях, когда включения не смачиваются металлом, изменение свободной энергии имеет отрицательное значение и включения самопроизвольно будут переходить из металла в шлак.

Таблица 1.1