blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-12-877-883blackmet-757Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАНТАНА С КОМПОНЕНТАМИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗАTHERMODYNAMIC MODELING OF LANTHANUM INTERACTION PROCESSES USING IRON-BASED METALLIC MELTSМихайловГ. Г.MikhailovG. G.

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой физической химии,

458080, Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair of Physical Chemistry,

76, V.I. Lenina ave., Chelyabinsk, 454080

МакровецЛ. А.MakrovetsL. A.

инженер кафедры физической химии,

458080, Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76

Engineer of the Chair of the Physical Chemistry,

76, V.I. Lenina ave., Chelyabinsk, 454080

tchla@mail.ruСмирновЛ. А.SmirnovL. A.

академик РАН, д.т.н., главный научный сотрудник,

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101а

Academician of Russian Academy of Sciences (RAS), Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher,

101, Amundsena str., Ekaterinburg, 620016

Южно-Уральский государственный университетРоссияSouth Ural State UniversityRussian FederationИнститут металлургии УрО РАНРоссияInsitute of Metallurgy, UB RASRussian Federation2015210120165812877883Copyright © Михайлов Г.Г., Макровец Л.А., Смирнов Л.А., 20162016Михайлов Г.Г., Макровец Л.А., Смирнов Л.А.Mikhailov G.G., Makrovets L.A., Smirnov L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/757

На основании выполненного термодинамического анализа оксидных двойных и тройных систем, имеющих в качестве компонента оксид La2 O3 , сформирована база энергетических параметров теории субрегулярных растворов оксидных расплавов, сопряженных с областью существования металлических расплавов. Установлены температурные зависимости констант равновесия для гетерогенных реакций раскисления стали. Построены поверхности растворимости компонентов в кислородсодержащей стали (ПРКМ) для систем Fe – Al – La – O – С, Fe – Ca – La – O – С, Fe – Mg – La – O – С, Fe – Si – La – O – С, Fe – Cr – La – O – С. Построены диаграммы комплексного раскисления стали сплавами и смесевыми модификаторами, содержащими активные и легирующие элементы: Ca, Mg, Si, Al, Cr, La. Анализ выполнен для хорошо раскисленного и обессеренного металла. При обычной схеме раскисления, в результате которой РЗМ вводятся после введения в металл кальция, кремния и алюминия, образовавшиеся включения, представляющие собой конгломерат алюминатов кальция и магния, служат подложкой для выделения мелких фракций, активно взаимодействуют с жидкой составляющей включений, растворяются в ней и поэтому оксид La2 O3 в виде самостоятельной фазы в металлических включениях отсутствует.

Based on thermodynamic analysis of oxide binary and ternary systems having oxide La2 O3 as a component, the authors have formed the base of energy parameters of the theory of subregular solutions of oxide melts, coupled with an area of metal melts existence. Temperature dependences of the equilibrium constants for steel deoxidation heterogeneous reactions were established. The components solubility surfaces in oxygen-containing steel were constructed for Fe – Al – La – O – С, Fe – Ca – La – O – С, Fe – Mg – La – O – С, Fe – Si – La – O – С, Fe – Cr – La – O – С systems. Diagrams presenting complex deoxidation of steel by alloys and blends of modifi cators containing active and alloying elements: Ca, Mg, Si, Al, Cr, La are given. The analysis was made for well – deoxidized and desulfurized metal. At the typical deoxidation scheme, at witch the rare-earth metals are introduced after adding into metal of calcium, silicon and aluminum, the produced inclusions calcium are aluminate and magnesium conglomerates. They are the substrates for small fractions and actively interact with liquid components of inclusions and dissolve in it. Thus, La2O3 as an independent phase in metal inclusions was not found.

диаграмма состоянийфазовые равновесиялантантермодинамикараскислениеstate diagramphase equilibriumlanthanumthermodynamicsdeoxidationРФФИReferencesЕланский Г.Н. Сталь и Периодическая система элементов Д.И. Менделеева: Учеб. пособие. – М.: МГВМИ, 2012. – 196 с.Elanskii G.N. Stal’ i Periodicheskaya sistema elementov D.I. Mendeleeva: Uchebnoe posobie [Steel and Mendeleev periodic table: Manual]. Moscow: MGVMI, 2012, 196 p. (In Russ.).Рябчиков И.В. Модификаторы и технологии внепечной обработки железоуглеродистых сплавов. ‒ М.: ЭКОМЕТ, 2008. ‒ 400 с.Ryabchikov I.V. Modifi katory i tekhnologii vnepechnoi obrabotki zhelezouglerodistykh splavov [Modifi ers and technologies of out-offurnace treatment of iron-carbon alloys]. Moscow: EKOMET, 2008, 400 p. (In Russ.).Голубцов В.А., Шуб Л.Г., Дерябин А.А., Усманов Р.Г. К вопросу о повышении эффективности внепечной обработки стали // Металлург. 2006. № 12. С. 59 – 61.Golubtsov V.A., Shub L.G., Deryabin A.A., Usmanov R.G. Treating steel outside the furnace more effi ciently. Metallurgist. 2006, vol. 50, no. 11–12, pp. 634–637.Лунев В.В., Шульте Ю.В. Применение комплексных лигатур с РЗМ и ЩЗМ для улучшения свойств литых и деформированных сталей. ‒ В кн.: Влияние комплексного раскисления на свойства сталей: Тематический отраслевой сб. МЧМ СССР. – М.: Металлургия, 1982. С. 33 – 50.Lunev V.V., Shul’te Yu.V. Usage of complex alloys with rare-earth metals and alkali-earth metals to improve the properties of cast and deformed steels. In.: Vliyanie kompleksnogo raskisleniya na svoistva stalei: Tematicheskii otraslevoi sb. MChM SSSR [Infl uence of complex deoxidization on the properties of steel: Subject sectoral collected articles of ferrous material metallurgy in USSR]. Moscow: Metallurgiya, 1982, pp. 33–50. (In Russ.).Лунев В.В. Разработка теоретических основ внедрения процессов внепечной обработки жидкой электростали РЗМ и ЩЗМ с целью повышения механических и эксплуатационных свойств металла: Автореф. дис. докт. техн. наук. ‒ Днепропетровск, 1984. – 39 с.Lunev V.V. Razrabotka teoreticheskikh osnov vnedreniya protsessov vnepechnoi obrabotki zhidkoi elektrostali RZM i ShchZM s tsel’yu povysheniya mekhanicheskikh i ekspluatatsionnykh svoistv metalla: Avtoref. dis. dokt. tekhn. nauk [Development of theoretical basics of implementation of the processes of out-of-furnace treatment of liquid electric steel with rare-earth and alkali-earth metals in order to increase mechanical and operating properties of metals: Extended Abstract of Dr. Sci. Diss.]. Dnepropetrovsk, 1984, 39 p. (In Russ.).Силикаты редкоземельных элементов и их аналоги / Н.А. Торопов, И.А. Бондарь, А.Н. Лазарев, Ю.И. Смолин. – Л.: Наука, 1971. – 230 с.Toropov N.A., Bondar’ I.A., Lazarev A.N., Smolin Yu.I. Silikaty redkozemel’nykh elementov i ikh analogi [Silicates of rare-earth elements and their analogs]. Leningrad: Nauka, 1971, 230 p. (In Russ.).Михайлов Г.Г., Леонович Б.И., Кузнецов Ю.С. Термодинамика металлургических процессов и систем. – М.: ИД МИСиС, 2009. ‒ 519 с.Mikhailov G.G., Leonovich B.I., Kuznetsov Yu.S. Termodinamika metallurgicheskikh protsessov i system [Thermodynamics of metallurgical processes and systems]. Moscow: MISiS, 2009, 519 p. (In Russ.).Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Выпуск первый. Двойные системы / Н.А. Торопов, В.П. Барзаковский, В.В. Лапин, Н.Н. Курцева. – Л.: Наука, 1969. – 822 с.Toropov N.A., Barzakovskii V.P., Lapin V.V., Kurtseva N.N. Diagrammy sostoyaniya silikatnykh sistem. Spravochnik. Vypusk 1. Dvoinye sistemy [Con-stitution diagrams of silicate systems. Reference-book. Issue 1. Double systems]. Leningrad: Nauka, 1969, 822 p. (In Russ.).Лопато Л.М., Лугин Л.И., Шевченко А.В. Фазовые отношения в системах окись магния – окислы РЗЭ цериевой группы // Журнал неорганической химии. 1971. Т. 16. № 1. С. 254 – 257.Lopato, L.M., Lugin, L.I., Shevchenko, A.V. Phase Relationships in Magnesium Oxide-Cerium Subgroup R.E.E. Oxide Systems, Russ. J. Inorg. Chem., 1971, vol. 16, no. 1, pp. 131–133.Саркисов Ю.С., Курзина И.А. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем. Методические указания. – Томск: Изд-во Томского архитектурно-строительного университета, 2001. – 38 с.Sarkisov Yu.S., Kurzina I.A. Diagrammy sostoyaniya dvukhkomponentnykh sistem. Metodicheskie ukazaniya [State diagrams of two-component systems. Instructional guidelines]. Tomsk: Izd-vo Tomskogo arkhitekturno-stroitel’nogo universiteta, 2001, 38 p. (In Russ.).Шевчик А.П. Резистивные материалы и изделия на основе хромита лантана: автореф. дисс. докт. техн. наук. – СПб, 2011. – 40 с.Shevchik A.P. Rezistivnye materialy i izdeliya na osnove khromita lantana: Avtoref. diss. dokt. tekhn. nauk [Resistive materials and items based on lanthanum chromite: Extended Abstract of Dr. Sci. Diss]. St. Petersburg, 2011, 40 p. (In Russ.).Арсеньев П.А., Попов А.И., Филиков В.А. Новые материалы в полупроводниковой электронике. – М.: Высшая школа, 1988. – 80 с.Arsen’ev P.A., Popov A.I., Filikov V.A. Novye materialy v poluprovodnikovoi elektronike [New materials in semiconductor electronics]. Moscow: Vysshaya shkola, 1988, 80 p. (In Russ.).Михайлов Г.Г., Макровец Л.А., Смирнов Л.А. Термодинамическое моделирование фазовых равновесий с оксидными системами, содержащими РЗМ. Сообщение 1. Диаграммы состояния оксидных систем с La2 O3 // Вестник ЮУрГУ. Серия Металлургия. 2014. Т. 14. № 3. С. 5 – 11.Mikhailov G.G., Makrovets L.A., Smirnov L.A. Thermodynamic modeling of phase equilibrium with oxidation systems, contai ning rare-earth metals. Report 1. Constitution diagrams of oxidation systems with La2 O3 . Vestnik YuUrGU. Seriya Metallurgiya. 2014, vol. 14, no. 3, pp. 5–11. (In Russ.).Куликов И.С. Раскисление металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 504 с.Kulikov I.S. Raskislenie metallov [Metal deoxidation]. Moscow: Metallurgiya, 1975, 504 p. (In Russ.).Туркдоган Е.Т. Физическая химия высокотемпературных процессов / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1985. – 344 с.Turkdogan E.T. Physical chemistry of high-temperature processes. Academic Press, 1980. 447 p. (Russ. ed. Turkdogan E.T. Fizicheskaya khimiya vysokotemperaturnykh protsessov. Moscow: Metallurgiya, 1985, 344 p.).Bůžek Z. Základní termodynamické údaje o metalurgických reakcích a o interakcích prvků v soustavách významných pro hutnickou teorii a praxi. Hutnické aktuality, 1979, vol. 20, no. 1 – 2, pp. 3 – 111.Bůžek Z. Základní termodynamické údaje o metalurgických reakcích a o interakcích prvků v soustavách významných pro hutnickou teorii a praxi. Hutnické aktuality, 1979, vol. 20, no. 1–2, pp. 3–111.Балковой Ю.В., Алеев Р.А., Баканов В.К. Параметры взаимодействия первого порядка в расплавах на основе железа: Обзор. информ. – М.: Черметинформация, 1987. ‒ 42 с.Balkovoi Yu.V., Aleev R.A., Bakanov V.K. Parametry vzaimodeistviya pervogo poryadka v rasplavakh na osnove zheleza: Obzor. inform [Interaction parameters of the fi rst order in iron-based melts: Information review]. Moscow: Chermetinformatsiya, 1987, 42 p. (In Russ.).Скок Ю.Я. Исследование раскислительной способности комплексных сплавов, содержащих ЩЗМ И РЗМ // Процессы литья. 2010. № 3 (81). С. 8 – 12.Skok Yu.Ya. Research of deoxidizing ability of complex alloys, containing rare-earth and alkali-earth metals. Protsessy lit’ya. 2010, no. 3 (81), pp. 8–12. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.