By this author

EFFECT OF CERIUM OXIDE AND BASICITY OF SLAGS ON THEIR VISCOSITY AND CRYSTALLIZATION START TEMPERATURE

Issue number 6 from 01.06.2023

Исследование влияния содержания оксида церия и основности шлака на вязкость и температуру начала кристаллизации системы СаО–SiO₂–Се₂О₃, содержащей 15% Al₂O₃ и 8% MgO, было выполнено с использованием симплекс-решетчатого метода планирования эксперимента, который позволяет получать математические модели, описывающие зависимость свойства от состава в виде непрерывной функции. Используя экспериментальные данные, построили математические модели, описывающие связь температуры заданной вязкости с составом оксидной системы. Затем совмещением полученных диаграмм состав–температура заданной вязкости на изотермический разрез диаграммы состав–вязкость получили совокупность изолиний вязкости. Обобщение результатов математического моделирования и графического отображения на изотермическом разрезе диаграммы состав-вязкость позволило получить новые данные о вязкости оксидной системы СаО–SiO₂–Се₂О₃, содержащей 15% Al₂O₃ и 8% MgO, в интервале основности 2–5 и содержания 0–15% Се₂О₃. Экспериментальные данные показывают, что шлаки изучаемой оксидной системы, не содержащие оксид церия, характеризуются повышенной температурой начала кристаллизации и вязкостью в исследуемом диапазоне основности. Присутствие оксида церия в шлаках изучаемой оксидной системы обеспечивает в интервале температур 1500–1550ºС достаточно низкую вязкость и температуру начала кристаллизации. Увеличение содержания оксида церия в шлаках основностью 2–3 от 1 до 15% сопровождается снижением температуры начала кристаллизации от 1490 до 1410°С. Повышение основности до 5.0 приводит к повышению температуры начала кристаллизации до 1520°С. При температуре 1500°С вязкость шлаков основностью 2.0–3.0, содержащих 7–15% Ce₂O₃, изменяется в пределах 0.2–0.3 Па · с. Рост основности шлака до 3.0–5.0 при фиксированном содержании Ce₂O₃ на уровне 7–15% сопровождается увеличением вязкости шлаков до 1.0 Па · с и достигает 2.0 Па · с при снижении Ce₂O₃ до 1–6%. Увеличение температуры до 1550°C и фиксированной основности 3.0–5.0 сопровождается значительным снижением вязкости, которая не превышает 0.35 Па · с при содержании Ce₂O₃ 1–15%.

59 0

Study of the process of cerium restoration by aluminum and calcium carbide from cerium-containing slag

Issue number 1 from 01.01.2024

В условиях все более возрастающих требований к свойствам сталей одним из путей получения высококачественного продукта является микролегирование такими редкоземельными элементами, как церий, который способен даже при небольших концентрациях значительно влиять на механические свойства стали. Для снижения себестоимости выплавляемой стали рационально его вводить в сталь не за счет присадки ферросплавов, а методом прямого восстановления из оксидных систем. В целях исследования данного процесса проведено термодинамическое моделирование восстановления церия из шлаков системы CaO–SiO₂–Ce₂O₃, содержащих 15% Аl₂O₃ и 8% МgO, алюминием и карбидом кальция при температурах 1 550 и 1 650°С. Моделирование выполнено с использованием программного комплекса HSC 6.12 Chemistry (Outokumpu), основанного на минимизации энергии Гиббса, с применением метода симплексных решеток планирования. Результаты термодинамического моделирования представлены в виде диаграмм состав – свойство (равновесное содержание церия в металле) для температур 1 550 и 1 650°С. При применении металлического алюминия в качестве восстановителя повышение основности шлака (CaO/SiO₂) c 2 до 5 при температуре 1 550°С приводит к повышению равновесного содержания церия в металле от 2 до 20 ppm в области концентрации 0–15% Ce₂О₃, т.е., рост основности шлака благоприятно сказывается на развитии процесса восстановления церия. Рост температуры металла также оказывает положительное влияние на процесс восстановления церия алюминием. С повышением температуры до 1 650°С равновесное содержание церия в металле увеличивается от 4 до 30 ppm в области концентраций 0–15% Ce₂О₃. Применение в качестве восстановителя карбида кальция приводит к увеличению концентрации церия в металле до 30 и 40 ppm при температурах 1 550 и 1 650°С соответственно при основности 5. Подтверждена решающая роль основности шлака, концентрации оксида церия и температурного фактора в развитии процесса восстановления церия алюминием и карбидом кальция.

53 0

The estimation of desulphurization property of boron-containing slags of the reduction period of the AOD process

Issue number 5 from 01.05.2024

Основным промышленным способом получения нержавеющей стали на текущий момент является выплавка ее в агрегате аргонокислородного рафинирования. В работе приведены результаты термодинамического моделирования процесса десульфурации низкоуглеродистого полупродукта нержавеющей стали во время восстановительного периода аргонокислородного рафинирования путем обработки его борсодержащими шлаками. Применение в качестве флюсующего материала оксида бора взамен плавикого шпата позволяет снизить нагрузку на окружающую среду и уменьшить вязкость формируемых шлаков. При помощи симплекс решетчатого метода планирования эксперимента построена матрица, содержащая 16 составов оксидной системы СаО–SiO₂–(3-6%)В₂О₃–12%Cr₂O₃–3%Al₂O₃–8%MgO переменной основности 1.0–2.5. На основе обобщения результатов термодинамического моделирования построены аппроксимирующие математические модели в виде приведенного полинома третьей степени. Адекватность моделей проверена по трем контрольным точкам, не входящим в матрицу планирования эксперимента с помощью t-критерия при уровне значимости 0,01. Результаты математического моделирования представлены графически в виде диаграмм зависимости равновесного распределения серы от состава шлака при температурах 1600 и 1700°С. Построенные диаграммы позволили количественно оценить влияние температуры, основности и содержания оксида бора на коэффициент равновесного межфазного распределение серы. Установлено, что повышение основности шлака с 1.0 до 2.5 в рассматриваемом диапазоне содержания оксида бора (3.0–6.0%) улучшает процесс десульфурации металла, обеспечивая рост равновесного коэффициента межфазного распределения серы с 0,1 до 5,0–7,0 при температурах 1700 и 1600°С. Показано, что процесс десульфурации металла в шлаках с низкой основностью 1,05–1,15 сопровождается незначительным снижением содержания серы в металле. При этом концентрация оксида бора практически не оказывает отрицательного влияния на процесс десульфурации металла. Шлаки с повышенной до 2,0–2,5 основностью обладают более благоприятными рафинирующими свойствами. Концентрация серы в металле при их формировании снижается с 0,015 до 0,007–0,008%.

43 0

Effect of boron oxide and basicity on viscosity and crystallization onset temperature of СаО–SiO₂–B₂O₃–12%Cr₂O₃–3%Аl₂O₃–8%МgO slag system

Issue number 5 from 01.05.2024

Бурный рост потребности в нержавеющей стали и, соответственно, ее производства, произошедший во второй половине XX века и не прекращающийся по сегодняшний день, делает необходимым проведение исследований свойств оксидных систем, которые поспособствуют совершенствованию технологий металлургического производства такой стали, поэтому в данной работе с использованием метода симплексных решеток планирования эксперимента и вибрационной вискозиметрии проведено исследование влияния основности и содержания оксида бора на вязкость и температуру начала кристаллизации шлаков оксидной системы СаО–SiO₂–B₂O₃–12%Cr₂O₃–3%Аl₂O₃–8%МgO, формируемых в восстановительный период процесса производства низкоуглеродистой нержавеющей стали методом аргоно-кислородного рафинирования (АКР-процесс), который на текущий момент является основным способом производства коррозионно-стойкой стали. Ввод оксида бора в шлаки аргонокислородного рафинирования является возможным вариантом решения проблемы нестабильности физических свойств шлаков по ходу плавки, вызванной летучестью фторидов плавикового шпата, традиционно применяемого в качестве флюса – разжижителя, и соблюдения ужесточающихся экологических требований за счет исключения образования ядовитых соединений фтора. По результатам экспериментальных исследований вязкости шлаков изучаемой оксидной системы в зависимости от химического состава и температуры построены аппроксимирующие математические моделей в виде приведенного полинома третьей степени. Графически результаты математического моделирования представлены в виде диаграмм «состав – свойство», которые позволяют количественно определить влияние температуры и химического состава исследуемых шлаков на вязкость и их состава на температуру начала кристаллизации. Отмечено, что при 1600 и 1650°С увеличение содержания оксида бора в шлаке с 3 до 6% благоприятно сказывается на жидкоподвижности формируемых шлаков в диапазоне основности 1.0–2.5. Например, увеличение концентрации оксида бора с 3 до 6% обеспечивает снижение вязкости шлаков с 2.0 до 0.5 Па·с при температуре 1600°С и с 0.4 до 0.3 Па·с при температуре 1650°С в области повышенной до 2.0–2.5 основности.

50 0