Контроль химического состава оксидных включений (о.в.) в стальной продукции остается одной из актуальных проблем, не имеющей удовлетворительного практического решения. Существующие методы обладают рядом серьезных недостатков, которые препятствуют их промышленному освоению. Например, высокая трудоемкость не позволяет интегрировать в современный технологический процесс метод электрохимического выделения включений (длительность процедуры выделения осадков исчисляется сутками).
В то время как микрорентгеноспектральный анализ из-за высокой локальности часто не гарантирует представительность результатов.
Для элементного анализа сплавов на кислород разработан метод восстановительного плавления в потоке газа-носителя в режиме импульсного нагрева, когда температура в печи анализатора практически мгновенно достигает 2000;2500 °С. Низкая трудоемкость, большая масса проб (до 3 гр), сравнительная простота, надежная и высокопроизводительная аппаратура обеспечили этому методу широкое распространение. Тем не менее информации о валовой концентрации кислорода, без выяснения форм его присутствия в сплаве, часто оказывается не достаточно.
Не раз высказывалось мнение о том, что вещественный анализ о.в. в сплавах возможен при проведении восстановительного плавления в режиме программируемого монотонного нагрева (фракционирование, фракционный газовый анализ, ФГА).
При этом возникает новый класс задач, касающихся обработки и интерпретации результатов анализа. В последнее время успехи в этой области связаны, в основном, с развитием вычислительных методов разрешения аналитического сигнала. Созданы компьютерные модели, позволяющие восстанавливать полезный сигнал, т. е. скорость газовыделения из образца, и проводить ее количественный анализ, представляя в виде спектра пиков. Однако, обратные задачи анализа эвалограмм со сложной топологией, обусловленной химической неоднородностью включений в сталях, являются некорректно поставленными с множеством сопоставимых по точности решений. Поэтому правильность обработки, в конечном счете, определяется наличием детальных сведений о макрокинетике аналитических реакций. В частности, важно знать как влияют на форму пиков такие параметры, как тип оксида, температурный интервал протекания реакции, размер и количество частиц, скорость нагрева. В литературе эти данные отсутствуют. Методика идентификации включений по результатам анализа также практически не разработана. Не ясно могут ли температуры восстановления прогнозироваться термодинамическим расчетом, и, вообще, по каким критериям следует проводить идентификацию — характеристическим температурам восстановления или константам скорости реакций, способны ли они однозначно указывать на состав включений. Мнения исследователей по этим вопросам не совпадают. Между тем, количественное соответствие реальных и равновесных температур начала восстановления не доказано даже для простейших систем с химически однородными включениями. Из сказанного следует, что проблема извлечения из результатов анализа химико-аналитической информации, ее обработки и практического использования для контроля чистоты сталей требует дальнейших исследований.
Анализ производственных результатов деятельности предприятия
... работы является анализ производственных результатов деятельности предприятия. Задачами, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, являются: изучить теоретические аспекты организации и управления производственной деятельностью предприятия; определить основные показатели производственной деятельности предприятия; охарактеризовать деятельность предприятия ...
Цель работы.
Разработка метода восстановительного плавления в потоке газа-носителя для экспрессного контроля чистоты стали по оксидным включениям. Исследования проводились по следующим направлениям:
- развитие методов расчета термодинамических свойств растворов углерода, кремния и алюминия в жидком железе,.
- экспериментальное исследование и физико-химический анализ процессов неизотермического восстановления включений А120з, SiC>2, TixOy в насыщенных углеродом расплавах на основе железа (аналитических реакций ФГА),.
- разработка методики контроля чистоты кордовых сталей.
Методы исследования.
Оксидные включения изучали методами восстановительного плавления в потоке газа-носителя на газоанализаторе ТС-436 (Leco), оптической количественной металлографии на анализаторе изображения IA-3001 (Leco) и на электронном сканирующем микроскопе Cambridge Stereoscan 200 с рентгеновским микроанализатором по методике фирмы PIRELLI (микрорентгеноспектральный анализ проведен в лабораториях ЦЗЛ РУП БМЗ).
Математические методы решения обратных задач использованы при согласованном описании экспериментальных данных по термодинамике многокомпонентных углеродистых расплавов, а также при количественном анализе эвалограмм.
Научная новизна.
Получены следующие новые результаты:
- в рамках модели ассоциированного раствора развит метод, который позволяет рассчитывать термодинамические свойства многокомпонентных растворов углерода, кремния и алюминия в жидком железе по данным о граничных бинарных системах,.
- доказано, что карботермическое восстановление оксидных включений при фракционировании начинается в окрестности точки равновесия, а температуры начала реакции могут прогнозироваться термодинамическим расчетом,.
- на основе собственных экспериментальных данных предложен механизм восстановления оксидных включений в насыщенных углеродом расплавахдля описания кинетических кривых выведено простое феноменологическое уравнение,.
- обоснованы принципы идентификации оксидных включений по температурам начала восстановления, показаны ограничения в их применении,.
— при исследовании образцов катанки кордовой стали разных производителей установлена взаимосвязь между результатами ФГА и долей высокоглиноземистых включенийна этой основе разработана методика экспрессного контроля чистоты кордовой стали (22, «https:// «).
Чугун и сталь — важнейшие сплавы железа
... свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и, главным образом, от количества, формы и размеров графитных включений. Перлитная основа обеспечивает наибольшие значения показателей прочности и износостойкости. Марки серых чугунов согласно ГОСТ ...
Практическая ценность работы.
Промышленные исследования на РУП «Белорусский металлургический завод» показали, что метод ФГА позволяет контролировать загрязненность катанки кордовой стали высокоглиноземистыми включениями.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на: Пятидесятой международной конференции химиков British Steel (Англия, Варвик, 1999), Всероссийской конференции «» Химический анализ веществ и материалов» (Москва, 2000).
Публикации.
Материалы диссертации отражены в 4 статьях.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из трех глав. В первой главе рассмотрена термодинамика многокомпонентных углеродистых расплавов на основе железа, которые выступают реакционной средой при проведении анализа. Во второй главе на синтетических образцах с химически однородными «эталонными» включениями исследованы закономерности протекания аналитических реакций метода восстановительного плавления. В третьей главе продемонстрирована эффективность метода ФГА для экспрессного контроля чистоты кордовых сталей.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.
— В рамках модели квазиидеального ассоциированного раствора проведено согласованное описание экспериментальных данных по термодинамике расплавов железо-углерод и железо-алюминий. Обрабатывались данные по активностям компонентов, энтальпиям смешения и фазовым границам диаграмм состояния. Получены следующие модельные параметры: 1пКрезс=11 464/Т- 3,142, 1п/СРе2с=7535/Г- 1,068,wFeC=0, ln/CFe3Ai=1074/7−0,494,1пКреА|=9450/Т-4,663, 1пК|=еА1з=10 332/7—4,708,WFeAi= -28,407. Допуская, что тройные расплавы наследует кластеры из сопряженных бинарных систем Fe-Si, Fe-AI и Fe-C, сохраняющие свою стехиометрию и значения констант ассоциации, рассчитаны свойства расплавов Fe-C-Si, Fe-C-AI и Fe-Si-AI. Результаты расчета хорошо согласуются с имеющимися в литературе экспериментальными данными.
— На газоанализаторе ТС-436 (Leco) исследованы процессы неизотермического восстановления включений Si02, А12Оз и TixOy в насыщенных углеродом расплавах на основе железа. Установлено соответствие между экспериментальными и равновесными температурами начала восстановления. На этой основе сделан вывод о том, что оксидные включения в процессе анализа вступают в реакцию в окрестности точки равновесия.
— Экспериментально показано, что макрокинетика неизотермического восстановления оксидных включений в насыщенных углеродом расплавах определяется скоростью нагрева, влияние же остальных факторов, в том числе типа оксида (Si02, Al203) TixOy), температуры начала превращения, концентрации раскислителя в сплаве, количества и размера оксидных частиц не обнаружено. Предложен механизм реакции, предполагающий, что контролирующей стадией выступают процессы зародышеобразования пузырьков монооксида углерода на оксидных частицах в расплаве. Исходя из этого для описания кинетических кривых выведено простое феноменологическое уравнение.
— На основании того, что лимитирование суммарной скорости реакции процессами зародышеобразования обеспечивает неразличимость макрокинетики восстановления разных оксидов, но не искажает заметно термодинамическое поведение изучаемой системы, предложено идентифицировать состав оксида по значениям характеристических температур пиков на эвалограммах.
Основы сварочных и газорезательных работ
... от сложности конструкций. Уменьшение трудоёмкости работ, срока работ и их стоимость. Возможность использовать наплавка для восстановления деталей. Герметичность сварочных соединений. Уменьшение ... ёмкости под давлением обеспечивается путем сварки внутри металлических колец (диафрагмы) жесткости из вальцованного уголка. По конструктивным особенностям, способу установки емкости, металлические ...
- На модельных сплавах с химически однородными включениями Si02 и А12Оз получено хорошее соответствие результатов определения концентрации кислорода, связанного в оксидные включения, методами ФГА и количественной металлографии.
— На образцах катанки кордовой стали разных производителей установлена взаимосвязь между температурой максимума основного пика на эвалограмме, долей высокоглиноземистых включений и концентрацией алюминия в металле. На этой основе предложена методика экспрессной оценки чистоты катанки по высокоглиноземистым оксидным включениям, согласно которой по результатам ФГА контролируются валовая концентрация кислорода [0]s и параметр, T-Ts характеризующий состав включений — # — ~-~, где 7″ s, ГА — температуры.
1A~1S максимума пиков, прогнозируемые по физико-химической модели для включений Si02 и А1203, соотв., Т-температура максимума основного пика на эвалограмме. Высокочистым кордовым сталям отвечают следующие значения: [0]s < 25 ррт, 0 ^ 0,4, [AI] < 40 ррт.
