Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В СИСТЕМЕ Fe – Mg – Al – La – O

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-6-460-465

Полный текст:

Аннотация

В настоящее время редкоземельные элементы в металлургии используют в виде мишметалла – естественной смеси редкоземельных (РЗМ) элементов (с атомными номерами от 57 до 71). Такая смесь содержит приблизительно 50 % церия (по массе). Основными элементами главным образом являются церий, лантан и ниобий. Конкретный состав определяется рудным месторождением. Негарантированный (непостоянный) состав модификатора, содержащего РЗМ, может существенным образом снизить эффективность его использования.  Экспериментально для каждого марочного состава стали соотношение различных РЗМ невозможно подобрать в силу больших затрат на  получение технически чистых редкоземельных металлов. Задача определения оптимальных концентраций каждого из редкоземельных  элементов и состава комплексной лигатуры может быть решена методом термодинамического моделирования. В работе представлены  результаты термодинамического моделирования процессов взаимодействия магния, алюминия и лантана с кислородом в жидком железе.  Рассмотрена термодинамическая модель раскисления стали композицией данных активных металлов. На основании имеющихся литературных данных по диаграммам состояния систем MgO – Al2O3 , MgO – La2O3 , La2O3 – Al2O3 установлены координаты точек инвариантных  равновесий в системе MgO – La2O3 – Al2O3 . Построена диаграмма состояния MgO – La2O3 – Al2O3 . Это позволило установить все возможные равновесия, реализующиеся при раскислении стали магнием, лантаном и алюминием, а также описать их уравнениями химических  реакций. Активность компонентов в жидких оксидных расплавах определяли с использованием теории субрегулярных ионных растворов,  учитывающей зависимость координационного числа катионов от состава оксидного расплава. Активности компонентов в сопряженных  с  оксидными системами металлических расплавах определяли по теории Вагнера с помощью параметров взаимодействия первого порядка. Значения констант равновесия реакций раскисления стали рассматриваемыми элементами установлены косвенными термодинамическими расчетами. На основании полученных данных построена поверхность растворимости компонентов в металлических расплавах системы Fe – Mg – Al – La – O, что позволило установить области составов жидкого металла, сопряженного с соответствующей оксидной фазой.

Об авторах

Г. Г. Михайлов
Южно-Уральский государственный университет.
Россия

 д.т.н., профессор, заведующий кафедрой материаловедения и физико-химии материалов.

454080, Россия, Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.



Л. А. Макровец
Южно-Уральский государственный университет.
Россия

инженер кафедры материаловедения и физико-химии материалов.

454080, Россия, Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.



Л. А. Смирнов
Институт металлургии УрО РАН.
Россия

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

620016, Россия, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101.



Список литературы

1. 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.

2. Смирнов Л.А., Ровнушкин В.А., Орыщенко А.С. и др. Модифицирование стали и сплавов редкоземельными элементами. Сообщение 1 // Металлург. 2015. № 11. С. 57 – 63.

3. Смирнов Л.А., Ровнушкин В.А., Орыщенко А.С. и др. Модифицирование стали и сплавов редкоземельными элементами. Сообщение 2 // Металлург. 2016. № 1. С. 41 – 48.

4. Charalampides G., Vatalis K.I., Apostoplos B., Ploutarch-Nikolas B. Rare Earth Elements: Industrial Applications and Economic Dependency of Europe // International Conference on Applied Economics (ICOAE) 2015. Procedia Economics and Finance. 2015. Vol. 24. P. 126 – 135.

5. Рябчиков И.В. Модификаторы и технологии внепечной обработки железоуглеродистых сплавов. – М.: ЭКОМЕТ, 2008. – 400 с.

6. Бурмасов С.П., Гудов А.Г., Мурзин А.В. и др. Влияние технологии модифицирования кальцием и РЗЭ на морфологию неметаллических включений и технологические свойства трубной стали // Металлург. 2015. № 11. С. 69 – 73.

7. Голубцов В.А., Воронин А.А., Тетюев Т.В. и др. Происхождение неметаллических включений и пути снижения загрязненности ими металла // Металлург. 2005. № 4. С. 73 – 77.

8. Pan F., Zhang J., Chen H.-L., Su Y.-H., Su Y.-H., Hwang W.-S. Thermodynamic Calculation among Cerium, Oxygen, and Sulfur in Liquid Iron // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. P. 35843.

9. Голубцов В.А., Рябчиков И.В., Усманов Р.Г. Микрокристаллические комплексные модификаторы в производстве стали. – Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2017. –137 с.

10. Григорович К.В., Шибаева Т.В., Арсенкин А.М. Влияние технологии раскисления трубных сталей на состав и количество неметаллических включений // Металлы. 2011. № 5. С. 164 – 170.

11. Opiela M., Grajcar A. Modification of non-metallic inclusions by rare-earth elements in microalloyed steels // Archives of Foundry Engineering. 2012. Vol. 12. No. 2. P. 129 – 134.

12. Аверин В.В. Применение РЗМ в металлургии стали. – В сб. «Металлургические методы повышения качества стали». – М.: 1979. С. 33 – 40.

13. Жалыбин В.И., Ершов Г.С. О восстановлении магния футеровки при выплавке стали, легированной алюминием // Известия АН СССР. Металлы. 1966. № 1. С. 49 – 53.

14. Скок Ю.Я. Исследование раскислительной способности комплексных сплавов, содержащих ЩЗМ и РЗМ // Процессы литья. 2010. № 3 (81). С. 8 – 12.

15. Kasińska J. Influence of rare earth metals on microstructure and inclusions morphology G17CrMo5-5 cast steel // Arch. Metall. Mater. 2014. No. 59. P. 993 – 996.

16. Minkova N., Aslania S. Isomorphic Substitutions in the CeO2– La2O3 System at 850°C // Cryst. Res. Technol. 1989. Vol. 24. No. 4. P. 351 – 354.

17. Hamm C.M., Alff L, Albert B. Synthesis of Microcrystalline Ce2O3 and Formation of Solid Solutions between Cerium and Lanthanum Oxides // Z. Anorg. Allg. Chem. 2014, Vol. 640. No. 6. P. 1050 – 1053.

18. Andrievskaya E.R., Kornienko O.A., Sameljuk A.V., Sayi A. Phase relation studies in the CeO2–La2O3 system at 1100 – 1500 °C // Journal of the European Ceramic Society. 2011. Vol. 31. No. 7. P. 1277 – 1283.

19. Михайлов Г.Г., Леонович Б.И., Кузнецов Ю.С. Термодинамика металлургических процессов и систем. – М.: Издательский Дом МИСиС, 2009. – 519 с.

20. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Выпуск четвертый. Тройные оксидные системы / В.П. Барзаковский, В.В. Лапин, А.И. Бойкова, Н.Н. Курцева – Л.: Наука, 1974. – 514 с.

21. Slag Atlas. 2nd Edition. Edited by Verein Deutscher Eisenhüttenleute (VDEh). – Düsseldorf: Verlag Stahleisen GmbH., 1995. P. 44.

22. 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 La2O3 // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2014. Т. 14. № 3. С. 5 – 11.

23. Wu P., Pelton A.D. Coupled thermodynamic-phase diagram assessment of the rare earth oxide-aluminium oxide binary systems // Journal of Alloys and Compounds. 1992. Vol. 179. No. 1-2. P. 259 – 287.

24. Михайлов Г.Г., Макровец Л.А. Фазовые равновесия при взаимодействии бария с компонентами жидкой стали // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2014. Т. 14. № 2. С. 5 – 10.

25. Bůžek Z. Základní termodynamické údaje o metalurgických reakcích a o interakcích prvků v soustavách významných pro hutnickou teorii a praxi // Hutnické actuality. 1979. Vol. 20. No. 1-2. P. 3 – 111.

26. 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.

27. Steelmaking Data Sourcebook, Japan Society for the Promotion of Science. The 19th Committee on Steelmaking, Gordon and Breach Science Publishers. – New York. NY, 1988. P. 288 – 289.

28. Wang L.J., Liu Y.Q., Wang Q., Chou K.C. Evolution Mechanisms of MgO·Al2O3 Inclusions by Cerium in Spring Steel Used in Fasteners of High-speed Railway // ISIJ International. 2015. Vol. 55. No. 5. P. 970 – 975.

29. Park J.H., Todoroki H. Control of MgO·Al2O3 Spinel Inclusions in Stainless Steels // ISIJ International. 2010. Vol. 50. No. 10. P. 1333 – 1346.

30. Михайлов Г.Г., Макровец Л.А., Смирнов Л.А. Термодинамическое моделирование процессов взаимодействия лантана с компонентами металлических расплавов на основе железа // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 12. С. 877 – 884.


Для цитирования:


Михайлов Г.Г., Макровец Л.А., Смирнов Л.А. ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В СИСТЕМЕ Fe – Mg – Al – La – O. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(6):460-465. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-6-460-465

For citation:


Mikhailov G.G., Makrovets L.A., Smirnov L.A. THERMODYNAMICS OF THE PROCESSES OF INTERACTION OF LIQUID METAL COMPONENTS IN Fe – Mg – Al – La – O SYSTEM. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(6):460-465. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-6-460-465

Просмотров: 154


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)