Антиплагиат_Комаров_полный (1222693), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Процессы,происходящие в шлаковой ванне, усложняются постоянно меняющимися 36 еесоставом, наличием обратимых реакций, колебаниями электрических,механических, тепловых параметров и др. 36 Следовательно, аналитически решитьзадачу легирования наплавленного металла для получения заданных свойств сиспользованием многокомпонентного минерального сырья существующимиметодами 36 классической термодинамики, основанными на анализеквазиравновесных физико-химических процессов (предполагающих достижениеравновесия), не представляется возможным. 36Для решения задач получения легированного металла авторамииспользовался динамический подход [4], в рамках которого предполагалось засчет задания начальных условий (формирование шихты флюса) и факторов,влияющих на поведение шлаковой ванны (ток, напряжение, диаметрпереплавляемой стали и др.) иметь представление о всех последующихсостояниях системы.3.1 40 Методика и материалы55При проведении экспериментов по электрошлаковому переплаву шихты ститаносодержащим минеральным сырьем, использовался титаносодержащийконцентрат – ильменит, состав представлен в табл.1.
При исследованиититансодержащего концентрата, выявлено что в его состав входят различныепримеси и соединения Nb, Cr, Ca, V, Со, Ni, общее процентное содержанакоторых не превышает порядка 2 – 4 % массовых долей.Взятый для экспериментов концентрат был представлен такимисоединениями, как FeTiO3 — MgTiO3 (гейкилит) — Fe2О3 (гематит) и FeTiO3 —MgTiO3 — MnTiO3 (пирофанит) — Fe2О3. Содержание MgO достегало порядка20 % (пикроильмениты), MnOпорядка 14,6 %, (манганильмениты), Fe2О3 до36,8% (гемоильмениты).Таблица 3.1 – Химический состав титансодержащего концентрата (ильменит)Содержание компонентов в концентрате массовых долей, %ТiO2 Al2O3 Fe2O3 SiO2 MnO CaO MgO Прочие Влажность31,6 –58,42,5 –4,528 –36,86 14,6 2 14,5-20 2 – 4 0,5Для проведения экспериментальных исследований важным аспектомработы являлось определение состава опытного флюса, состоящего измногокомпонентного оксидосодержащего минерального сырья.
Основываясь наопытах, описанных в работе [5, 6], был предложен новый состав флюса, вкоторый входили следующие компоненты: ильменитовый концентрат, ссодержанием ТiO2от 31,6 – 58,4 масс %, и добавленным в состав шихты вобъёме 50 % массовых долей, флюоритовый концентрат – СаF2, порядка 25 %, атакже ферросилиций – FeSi порядка 25 % от общей доли всего объёма.Данный состав шихты был получен в ходе оптимизирован основываясьна свойствах восстановителя, которым в данном случае являлся флюоритовыйконцентрат. Состав шихты представлен в таблице 3.2Учитывая, что ильменитовый концентрат содержит вредные примеси56мышьяка и серы, провели хлоридовозгоночный обжиг, при котором происходитобезмышьякование концентрата.
Мышьяк с серой образуют аурипигмент As2S3.Огарок от обжига представлен ильменитом с примесями вновь образованногопирротина и гематита.Таблица 3.2 – Химический состав шахты с титаносодержащим концентратомСодержание компонентов в шихте массовых долей, %SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO CaO MgO Na2O7,96 0,78 15,29 10,72 0,02 19,8 1,45 0,18K2O P2O5 As TiO2 SO3 H2O H2O+ CO20,17 1,9 0,45 38,6 0,1 0,68 1,5 0,4Эксперименты проводились на установке для электрошлакового переплава,где в качестве силовой установки был использован многопостовой сварочныйвыпрямитель ВДМ-6303С.
В качестве электродного материала использоваласьнизкоуглеродистая проволока Св08А диаметром 3 мм, ГОСТ 2246 – 70. Переплавосуществлялся током в диапазоне 400...500 А, и напряжением 40...50 В.В результате проведенных экспериментов по электрошлаковому переплавуразработанного флюса, были получены образцы в виде металлических слитковцилиндрической формы диаметром 55 мм и высотой порядка 80 мм.Фазовый анализ и химический состав полученных образцов и шлака,проводили насканирующем электронном микроскопе «VEGA 3 LMH»(TESCAN), оснащенном энергодисперсионным спектрометром «X-Max80»(OxfordInstruments).
Фотографирование образцов и поиск микровключенийвелся преимущественно в режиме обратно рассеянных электронов (BSEдетектор). С его помощью фазы с более высоким средним атомным числом приполучении изображения отражаются в контрасте более ярко по сравнению сфазами, имеющими меньшее среднее атомное число.Состав шлака и полученных образцов изучался с помощью дифрактометра«Дрон 7» с трубкой из Со на Кa-линии рентгеновского излучения со скоростьюсъёмки два градуса в минуту.573.2 Результаты проведенных опытовИспользуя технологию электрошлакового переплава, мы задаемся цельюпри помощи жидкого шлака изменить состав расплавляемого металла.
В своюочередь шлак позволяет процессам плавления протекать устойчиво, иобеспечивает защитную среду от внешних факторов, а также позволяет уже настадии формирования состава флюса задать параметры получаемому металлу.Особенностью системы электрошлакового переплава будет являтьсянеравномерное распределение тока по всему объёму шлаковой ванны, чтоприведет и к неравномерному распределению температур. Разница температурмежду источником наибольшей концентрации электрической дуги иохлаждаемыми стенками кристаллизатора, приведут к возникновениюконвекционных процессов расплавленного материала.
Так же конвекционныепроцессы в системе, в значительной степени, будут зависеть от параметровэлектрического тока, который в свою очередь будет порождать магнитное поле,приводящее к появлению в системе электромагнитной силы рисунок 3.1Природа процессов движения расплава в электрошлаковой ваннеотносятся к магнитной гидродинамике (МГД), и не зависит от вида материалаэлектрода или флюса, а зависит от электрического тока, проходящего черезрасплав, и взаимодействующего с этим током электромагнитного (ЭМП) поля[6].
Таким образом электромагнитная сила feзакручивает жидкий расплав понаправлению, совпадающему с направлением ЭМП поля. Общее направлениедвижения расплавленного шлака представляет собой вихревой тор снаправлением движения его оси симметрии вниз от электрода и в верх от стеноккристаллизатора. Важно отметить что кристаллизатор состоит из двухгеометрически одинаковых половинок, оснащенных рубашкой охлаждения. Приподаче воды в систему охлаждения кристаллизатора, вызванный разницейтемператур стенок tст и очага расплава у электрода Т, конвекционный эффект понаправлению может совпадать с силой fe и с направлением движения ЭМП поля.58Рисунок 3.1 – Схема движения концентрических линий электромагнитного поля, инаправление движения жидкого шлака: 1 – сварочная проволока, 2 – линии ЭМП поля вокругэлектрода, 3 – лини ЭМП поле каждой половинки кристаллизатора, 4 – направлениедвижение расплавленного шлака и конвекционных процессов, 5 – рубашка охлаждениякристаллизатора, 6 – линии ЭМП поля металлаВ результате рассевания энергии от электрода в шлаке, образуетсянеравновесная устойчивая система, далекая от термодинамического равновесия.Такая система является диссипативной и демонстрирует незатухающиеколебания, или автоколебания [4].
Описанные в работах [7, 8] процессыформирования слитков являются, примером периодических автоколебаний имогут быть представлены как предельные циклы Пуанкаре [8].Предельные циклы являются примерами хаотического движениязамкнутых траекторий торообразного вида, и могут быть не толькопериодическими, но и квазипериодическими, т.е., изменяться с течениемвремени под воздействием каких-либо внешних факторов.59Рисунок 3.2 – Вид предельной циклической функции хаотического аттрактора и направлениедвижения капли расплавленного металлаМожно предположить, что подобные торообразные траектории,стремящиеся к другим таким же траекториям и представляющие всовокупности хаотичный аттрактор, содержат легирующие элементы.Рисунок 3.3 – Схема распределения температурных полей в процессеэлектрошлакового переплава: 1 – электрод, 2 – направление движения расплава, 3 – рубашкаохлаждения кристаллизатора, 4 – патрубок вывода жидкости, 5 – патрубок ввода жидкости, 6– легированный металл, 7 – направление движения расплавленного металла в шлакеТогда расплавленная капля, падающая с электрода и пересекающая этитраектории не способна захватить достаточно большое количество легирующегоэлемента.Из работы [1], видно, что при колебательном движении электрода торы60образованные в шлаковой ванне «разбивались», либо капля успевала пересекатьбольше траекторий, нежели в опыте, где система находилась в состоянии покоя,и где не производилось дополнительных воздействий.При колебании всей электрошлаковой ванны с частотой порядка 8 Гц,наблюдалось увеличение доли легирующего элемента в системе, так же, как ипри наведении дополнительного электромагнитного поля, способствовавшегоувеличению доли легирующего элемента в металле.
Изменение торообразныхтраекторий в шлаке позволяет расплавленной капле металла захватить большелегирующего элемента, что доказано в работе [1].Так целью данного исследования является определение характераоднородности получаемого сплава металла и легирующего элемента титана приколебательном движении электрошлаковой ванны в диапазоне частот от 5 до 15Гц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
