Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Термодинамический анализ раскислительной способности стронция в жидком железе в присутствии алюминия

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-10-768-777

Полный текст:

Аннотация

Впервые построена диаграмма состояния тройной оксидной системы FeO - SrO -Al2O3 , в которой могут образовываться следующие соединения: герцинит FeAl2O4 и пять алюминатов стронция Sr4Al2O7 , Sr3Al2O6 , SrAl2O4 , SrAl4O7 , SrAl12O19 . Согласно проведенным расчетам в этой системе не образуются твердые растворы оксидов, что подтверждается литературными данными. В ходе моделирования подобраны оптимальные энергетические параметры теории субрегулярных ионных растворов для компонентов оксидного расплава (FeO, SrO, Al2O3 ). Термодинамический анализ раскислительной способности стронция в жидком железе в присутствии алюминия проведен с использованием методики построения поверхности растворимости стронция и алюминия в металле для температур сталеварения (1550 и 1600 °С) и концентраций углерода 0,1 и 0,4 %. Рассчитаны константы равновесия реакций образования алюминатов стронция Sr3Al2O6 и SrAl2O4 из компонентов металлического расплава для интервала температур 1550 - 1650 °С. Установлено, что остальные алюминаты стронция могут образовываться в жидком металле только при температурах выше 1750 °С. Приводится база термодинамических данных для изучаемых систем: температурные зависимости констант равновесия реакций, протекающих между компонентами; значения параметров взаимодействия первого порядка (по Вагнеру) для элементов в жидком железе; значения энергетических параметров теории субрегулярных ионных растворов (для оксидного расплава). Из расчетов следует, что в качестве продуктов взаимодействия в системах Fe -Al - Sr - O и Fe - Al - Sr - С - O наиболее вероятно образование моноалюмината стронция SrAl2O4 и корунда Al2O3 .

Об авторах

Л. А. Макровец
Южно-Уральский государственный университет
Россия

Макровец Лариса Александровна - инженер кафедры материаловедения и физико-химии материалов.

454080, Челябинск, пр. Ленина, 76.



О. В. Самойлова
Южно-Уральский государственный университет
Россия

Самойлова Ольга Владимировна – кандидат химических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры материаловедения и физико-химии материалов.

454080, Челябинск, пр. Ленина, 76.



Г. Г. Михайлов
Южно-Уральский государственный университет
Россия

Михайлов Геннадий Георгиевич – доктор технических наук, профессор кафедры материаловедения и физико-химии материалов.

454080, Челябинск, пр. Ленина, 76.



И. В. Бакин
Южно-Уральский государственный университет; ООО НПП Технология
Россия

Бакин Игорь Валерьевич - аспирант кафедры материаловедения и физико-химии материалов, ЮУрГУ; начальник отдела инновации, модернизации и технического развития, ООО НПП Технология.

454080, Челябинск, пр. Ленина, 76; 454901, Челябинск, п. Водрем 40, 25.



Список литературы

1. Gokcen N.A., Chipman J. Aluminium-oxygen equilibrium in liquid iron // JOM. 1953. No. 5. P. 173-178. https://doi.org/10.1007/BF03397469

2. Janke D., Fischer W.A. Desoxidationsgleichgewichte von Titan, Aluminium und Zirconium in Eisenschmelzen bei 1600 °C // Archiv fur das Eisenhuttenwesen. 1976. Vol. 47. No. 4. P. 195-198. https://doi.org/10.1002/srin.197603805

3. Paek M.K., Jang J.M., Kang Y.B., Pak J.J. Aluminum deoxidation equilibria in liquid iron: Part I. Experimental // Metallurgical Materials Transactions B. 2015. Vol. 46. No. 4. P. 1826-1836. https://doi.org/10.1007/s11663-015-0368-0

4. Скок Ю.Я. Исследование раскислительной способности комплексных сплавов, содержащих ЩЗМ и РЗМ // Процессы литья. 2010. Т. 81. № 3. С. 8-12.

5. Проворова И.Б., Розенберг Е.В., Барановский К.Э., Волосатиков В.И., Розум В.А., Карась А.Н., Чернявский М.С. Модификатор для внепечной обработки стали, содержащий щелочноземельные металлы // Литье и металлургия. 2016. Т. 83. № 2. С. 14-18.

6. Голубцов В.А., Рябчиков И.В., Сумин С.И. Неметаллические включения модифицирование качество металла // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов. Материалы XXIV Уральской школы металловедов-термистов (19 - 23 марта 2018 года, Магнитогорск) / Отв. ред. М.В. Чукин, А.Н. Емелюшин. Магнитогорск: изд. Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2018. С. 222-229.

7. Рябчиков И.В., Панов А.Г., Корниенко А.Э. О качественных характеристиках модификаторов // Сталь. 2007. № 6. С. 18-23.

8. Bakin I.V., Mikhailov G.G., Golubtsov V.A., Ryabchikov I.V., Dresvyankina L.E. Methods for improving the efficiency of steel modifying // Material Science Forum. 2019. Vol. 946. P. 215-222. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.215

9. Бакин И.В., Шабурова Н.А., Рябчиков И.В., Мизин В.Г., Белов Б.Ф., Михайлов Г.Г., Сенин А.В. Экспериментальное исследование рафинирования и модифицирования стали сплавами Si - Ca, Si - Sr и Si - Ba // Сталь. 2019. № 8. С. 14-18.

10. Шахпазов Е.Х., Зайцев А.И., Шапошников Н.Г., Родионова И.Г., Рыбкин Н.А. К проблеме физико-химического прогнозирования типа неметаллических включений. Комплексное раскисление стали алюминием и кальцием // Металлы. 2006. № 2. С. 1-14.

11. Faulring G.M., Ramalingam S. Inclusion precipitation diagram for the Fe - O - Ca - Al system // Metallurgical Transactions B. 1980. Vol. 11. No. 1. P. 125-130. https://doi.org/10.1007/BF02657181

12. Taguchi K., Ono-Nakazato H., Usui T., Marukawa K., Katogi K., Kosaka H. Complex deoxidation equilibria of molten iron by aluminum and calcium // ISIJ International. 2005. Vol. 45. No. 11. P. 1572-1576. https://doi.org/10.2355/isijinternational.45.1572

13. Михайлов Г.Г., Макровец Л.А., Выдрин Д.А. Барий как раскислитель и модификатор жидкой стали // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2013. Т. 13. № 1. С. 45-50.

14. Михайлов Г.Г., Леонович Б.И., Кузнецов Ю.С. Термодинамика металлургических процессов и систем. М.: ИД МИСиС, 2009. 520 с.

15. Михайлов Г.Г., Макровец Л.А., Самойлова О.В. и др. Термодинамический анализ раскислительной способности стронция в жидком железе: диаграмма стабильности фаз в системах Fe - Sr -- O и Fe - Mg - Sr - O // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 12. С. 1366-1373. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-12-1366-1372

16. Fischer W.A., Hoffmann A. Das Zustandsschaubild Eisenoxydul-Aluminiumoxyd // Archiv fur das Eisenhuttenwesen. 1956. Vol. 27. No. 5. P. 343-346. https://doi.org/10.1002/srin.195601412

17. Rosenbach K., Schmitz J.A. Untersuchungen im Dreistoffsystem Eisen (II)-oxid-Chrom (III)-oxid-Tonerde // Archiv fur das Eisenhuttenwesen. 1974. Vol. 45. No. 12. P. 843-847. https://doi.org/10.1002/srin.197403968

18. Slag Atlas. 2nd Edition. Verein Deutscher Eisenhuttenleute (VDEh) ed. Dusseldorf: Verlag Stahleisen GmbH., 1995. P. 40-43.

19. Ганиц Ф., Чемeкова Т.Ю., Удалов Ю.П. Система SrO - Al2O3 // Журнал неорганической химии. 1979. Т. XXIV. Вып. 2. С. 471-475.

20. Massazza F. Il systema SrO - Al2O3 // La chimica E L'industria (Milan). 1959. Vol. XLI. No. 2. P. 108-115.

21. Starczewski M. Studia nad reakcjami w fazie stalej w ukladzie trojskladnikowym SrO - Al2O3 - SiO2 // Politech. Slaska, Habil.-Schr. Gliwice, 1964. Vol. 106. No. 35. P. 5-75.

22. Михайлов Г.Г., Самойлова О.В., Макровец Л.А., Смирнов Л.А. Термодинамическое моделирование изотерм растворимости кислорода в жидком металле системы Fe - Mg - Al - O // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 8. С. 639-645. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-8-639-645

23. Fuwa T., Chipman J. The carbon-oxygen equilibria in liquid iron // Transactions of AIME. 1960. Vol. 218. P. 887-891.

24. Park J.H., Todoroki H. Control of MgO^Al2O3 spinel inclusions in stainless steels // ISIJ International. 2010. Vol. 50. No. 10. P. 1333-1346. https://doi.org/10.2355/isijinternational.50.1333

25. Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of liquid dilute iron alloys // Metal Science. 1974. Vol. 8. No. 1. P. 298-310. https://doi.org/10.1179/msc.1974.8.1.298

26. Prox H., Hino M., Ban-Ya S. Assessment of Al deoxidation equilibrium in liquid iron // Tetsu-to-Hagane. 1997. Vol. 83. No. 12. P. 773-778. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.83.12_773

27. Куликов И.С. Раскисление железа щелочноземельными металлами // Металлы. 1985. № 6. С. 9-15.

28. Агеев Ю.А., Арчугов С.А. Исследование растворимости щелочноземельных металлов в жидком железе и сплавах на его основе // Журнал физической химии. 1985. Т. LIX. № 4. С. 838-841.

29. Stein F., Palm M. Re-determination of transition temperatures in the Fe-Al system by differential thermal analysis // International Journal of Materials Research. 2007. Vol. 98. No. 7. P. 580-588. https://doi.org/10.3139/146.101512

30. Явойский В.И. Теория процессов производства стали. М.: Металлургия, 1967. 792 с.


Для цитирования:


Макровец Л.А., Самойлова О.В., Михайлов Г.Г., Бакин И.В. Термодинамический анализ раскислительной способности стронция в жидком железе в присутствии алюминия. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2021;64(10):768-777. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-10-768-777

For citation:


Makrovets L.A., Samoilova O.V., Mikhailov G.G., Bakin I.V. Thermodynamic analysis of strontium deoxidizing ability in liquid iron at presence of aluminum. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021;64(10):768-777. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-10-768-777

Просмотров: 24


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


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