Высокотемпературное окисление синтетического ферросилиция и физико-химические свойства обработанного им чугуна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат технических наук Бердиев, Асадкул Эгамович

• Бердиев, Асадкул Эгамович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бердиев, Асадкул Эгамович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 .ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗО-КРЕМНИЙ ( АЛЮМИНИЙ, БАРИЙ, ЦЕРИЙ).

1.1 Особенности высокотемпературного окисления металлов и сплавов.

1.2. Высокотемпературное окисление кремния, железа, ферросилиция, алюминия, бария, стронция и церия.

1.3. Структура и свойства сплавов системы железо - кремний, железо-кремний-алюминий.

1.4. О взаимодействии оксида железа с оксидами кремния и бария.

1.5. Способы получения ферросилиция и его применение.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ФЕРРОСИЛИЦИЯ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕГО ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ.

2.1. Приборы и методы исследования окисления металлов и сплавов.

2.2. Разработка промышленной технологии получения синтетического ферросилиция из отходов производства ТадАЗа.

2.3. Кинетика высокотемпературного окисления жидкого синтетического ферросилиция (ФС 25, ФС 45, ФС 60,

ФС 75).

2.4. Кинетика окисления жидкого ферросилиция ФС45, легированного алюминием.

2.5. Кинетика окисления ферросилиция (ФС 45), легированного барием, стронцием и церием.

ГЛАВА 3. МОДИФИЦИРОВАНИЕ СЕРОГО ЧУГУНА ФЕРРОСИЛИЦИЕМ, СОДЕРЖАЩИМ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ.

3.1. Чугуны модифицированные модификаторами, содержащими щёлочноземельные и редкоземельные металлы.

3.2. Ростоустойчивость и жаростойкость серого чугуна, модифицированного ферросилицием, содержащим щёлочноземельные и редкоземельные металлы.

3.3. Коррозионная стойкость серого чугуна, модифицированного ферросилицием, содержащим щёлочноземельные и редкоземельные металлы.

3.4. Механические свойства серого чугуна, модифицированного ферросилицием, содержащим щёлочноземельные и редкоземельные металлы.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Высокотемпературное окисление синтетического ферросилиция и физико-химические свойства обработанного им чугуна»

Актуальность темы. Растущая потребность в металлах и сплавах обуславливает расширение исследований в области совершенствования действующий, созданию новых технологий получения металлов и сплавов.

Ферросилиций используется для раскисления и легирования стали, а также в качестве восстановителя при производстве некоторых ферросплавов. В настоящее время основным сырьём для получения ферросилиция являются руды и концентраты.

Развитие металлургической промышленности привело к образованию железосодержащих и кремнесодержащих отходов, которые большей частью используются. Поэтому, требуется создание технологии по переработке указанных отходов, постановка научных исследований по изучению их физико- химических, технологических характеристик. Выше изложенное, определяется актуальность данного направления, а также цели и задачи настоящего исследования.

Изучение механизма и кинетики высокотемпературного окисления синтетического ферросилиция и определение влияния легирующих добавок на его окисление является актуальной задачей т.к. данные сплавы при их эксплутации подвергаются воздействию высоких температур, что приводит к окислению и потере данных компонентов сплава. Определение фазового состава продуктов, образующихся при взаимодействие расплава с компонентами воздуха для установления их роли в окисление и защиты сплавов.

Кроме того, с целью улучшения графитизирующей способности синтетического ферросилиция определенный интерес представляют работы по комплексному его легированию такими графитизирующими компонентами, как щелочноземельными и редкоземельными элементами. Заслуживают внимания также и работы определяющие влияние указанных добавок на такие важные характеристики чугунов, как ростоустойчивость, жаростойкость, коррозионностойкость и т.д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Цель работы заключается в разработке промышленной технологии получения синтетического ферросилиция из отходов производства алюминиевой промышленности и изучении их физико-химических свойств чугуна, обработанных комплекснолегированным синтетическим ферросилицием.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- изучены кинетические и энергетические параметры процесса окисления жидкого синтетического ферросилиция ,а также идентифицированы продукты их окисления.

- установлено влияние легирующих добавок (А1, В a, Sr и Се) на окисляемость синтетического ферросилиция. определено модифицирующее влияние ферросилиция, содержащего щелочноземельные и редкозомельные металлы,на физико-химические и механические свойстава серого чугуна.

- На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана технологическая инструкция по получению синтетического ферросилиция из отходов производства Таджикского алюминиевого завода.

Научная новизна. Разработана промышленная технология получения синтетического ферросилиция из отходов производства ТадАЗа. Установлен механизм и кинетика высокотемпературного окисления синтетического ферросилиция марок ФС25, ФС45, ФС60 и ФС75, влияние легирующих элементов (Al, Ва, Sr, Се) на процесс окисления ферросилиция марки ФС45, фазовый состав продуктов окисления, а также изучены ростоустойчивость, жаростойкость и коррозионная стойкость серого чугуна, модифицированного синтетическим ферросилицием , содержащим ЩЗМ (Ва, Sr) и РЗМ (Се, Рг, La).

Практическая значимость работы состоит в:

- разработке промышленной технологии и получения синтетического ферросилиция из отходов производства ТадАЗа и внедрении его в производство .

- установлении кинетических параметров процесса высокотемпературного окисления жидкого синтетического ферросилиция и состава сплавов с наименьшей окисляемостью;

- определении оптимальной концентрации легирующих элементов в составе ферросилиция и их влияния на ростоустойчивость, жаростойкость и коррозионную стойкость серого чугуна марки СЧ-18-36.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены на: юбилейной научной конференции посвященной 95-летию со дня рождения академика АН Республики Таджикистан В.И. Никитина (Душанбе, 1997); международной научно-практической конференции, посвященной памяти, одного из основателей Таджикского Технического Университета, Сулайманова А.С. (Душанбе, 1998); юбилейной научно-практической конференции, посвященной 40-летию химического факультета ТНГУ и 65-летию д.х.н., профессора Якубова Х.М.; «Проблемы современной химической науки и образования» (Душанбе, 1999).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 2 научные статьи и 3 тезиса докладов.

Объем структуры работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, посвященных обзору литературы, технике эксперимента и экспериментальным исследованиям, а также выводов, списка литературы и приложения.Работа изложена на 104 страницах машинописного текста, включая 18 таблиц,27 рисунков, и 74 наименований библиографических ссылок.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Бердиев, Асадкул Эгамович

ВЫВОДЫ

1. Методом термогравиметрии исследовано высокотемпературное окисление жидких сплавов системы Fe-Si кислородом воздуха. Установлено, что процесс окисления проотекает по параболическому закону. Истинная скорость окисления имеет порядок 10"4 кг*м"2*с"1. Кажущаяся энергия активации, в зависимости от состава сплавов системы Fe-Si, составляет 196,0-267,2 кДж/моль.

2. Методом термогравиметрии исследована кинетика окисления ферросплавов марки ФС45, легированного алюминием, барием, стронцием и церием. Установлено, что добавки алюминия (>1,0вес.%) уменьшают, а бария, стронция и церия увеличивают скорость окисления ферросплава.

3. Методами рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии идентифицированы продукты окисления исследованных образцов сплавов. Основными продуктами окисления железо-кремниевих сплавов являются а-РегОз и Si02. В продуктах окисления сплава ФС 45, легированного 0,5 и 1,0 вес.% алюминием кроме фазы а-РегОз и Si02, обнаружена также фаза а-А1203.

4. Исследовано, модифицирующее влияние ферросилиция, содержащего ЩЗМ и РЗМ, на ростоустойчивость, жаростойкость и коррозионную стойкость, а также на механические свойства серого чугуна.

При этом установлено следующее:

- наиболее ростоустойчивым является цериевый чугун, наименее - чугун содержащий празеодим;

- обработка чугуна ферросилицием, содержащим ЩЗМ и РЗМ, повышает его жаростойкость;

- модифицирование чугуна ферросилицием содержащим барий и церий, стронций, неодим и стронций и празеодим, повышает показатели коррозионной устойчивости;

- модифицирование чугуна ферросилицием, содержащим барий повышает ави аИзг. на 15-25 %, по сравнению с немодифицированным чугуном;

5. Разработана и внедрена технология получения ферросилиция из отходов Таджикского алюминиевого завода.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бердиев, Асадкул Эгамович, 2000 год

1. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М Металлургия. 1965. 428 с.

2. Хауффе К. Реакция в твердых телах и на их поверхности. М: Иностранная литература. 1963. Т. 2. 275 с.

3. Бенар Ж. Окисление металлов. М: Металлургия. 1968.Т.1.499 с.

4. Smull W., Pehlke R. // Met Trans. 1974. № 5. № 12. p 2549-2556.

5. Machlin E. //Trans TMS AIME. 1960. V 218. P 374 - 326.

6. Царевский Б., Попель С. -В кн. : Физико химические основыпроизводства стали. М: Изд -во АН СССР, 1961. С. 97 105.

7. Korakevitch P., Urbain G. // Mem. Sci. Rev. Met. 1961. V38. N7. P 517 534.

8. Филиппов С., Гончаренко О. // Изв. Вузов. Чёрная металлургия. 1974. №9. С. 10-15.

9. Серёгин П.П., Тураев Э.Ю., Эгамбердыев Б.Э. Ввведение в физику полупроводников. Ташкент, Укувчи. 1989. С.81

10. Куликов и. Десульфурация чугуна. М: ГНТИ. 1962.С. 306.

11. Лямлин В., Плесков Н. Электрохимия полупроводников. М: «Наука», 1965.С. 405

12. Bradsky М., Cubicciotti. The oxidation of silicon at nigh Temperatures J.// A1 er. Chem. Soc 1951. V 73. P 3497.

13. Kaiser W., Breslen J. Factors determining the oxygen conted of liguidsilicom at its melting point //J Appl. Phys. 1958. v 29. N9. P .1292 1294.

14. Лепинский Б.М., Киселёв В. Кинетика окисления жидкого кремния. Рук деп. В ВИНИТИ, № 772 74.

15. Павлов, Шитова Э. Электоронографическое исследование структуры плёнок Si О2 , полученных различными методами //Кристаллография. 1967. №12. вып. 1. С. 119-124.

16. КолесоваВ. //ЖЭТФ, 1954. Т. 26. С. 124 129.

17. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. Т.1 и 2. М: Металлургиздат. 1962.С 1488.

18. Wander J., Jr., Lawless К., Gwatheney АЛ Trans. Metull. Soc., AIME. 1961. V 221. P 257.

19. Grauer R., Feitrhecht W.// Corros. Sci. 1966. V 6. P 301.

20. Boggs W., Kachir R., Pellisier G., J. //Electrochem. Soc. 1965. V 112. P.539.

21. Ростовцев С.Т., Хитрик С.И., Емлин Б.И. и др. Активность к компонентов в бинарных сплавах Si Al, Si - Мп и Si - Cr // Изв. Вузов. Черн. Металлургия. 1971. №2. С. 61-63.

22. Баталин Г.И., Миненко Н.И., Судавцова B.C. Энталогиясмещения и териодинамические свойства жидких сплавов железа с марганцем кобальтом и никелем // Изв. АН СССР. Металлы, 1974 №5. С. 99 103.

23. Липенских Б.М., Киташев А.А., Белоусов А.А , Окисление жидких металлов и сплавов. М. :Наука. 1979.

24. Бирке Н., Майер Дж. Введение в высокотемпературное окисление металлов // Пер. С англ. Под ред. Ульянина Е.А., М.: Металлургия, 1987. С. 184.

25. Елютин В.П., Митин B.C., Самотейкин В.В. Влияние давления кислорода на окисление алюминия // Изв. АН СССР. Металлы. 1971. Т.З. С. 227 230.

26. Лепинский Б.М., Киселёв В. Кинетика окисления жидкого алюминия. Рук. Деп. В ВИНИТП, № 5 1976. С. 342 354.

27. Киселёв В., Ленинских Б., Захаров Р., Снребряков А.// Труды 1 Всесоюзн. Конф. По строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов. Счвердловск 1974. С. 33 35.

28. Джабборов Б.Б. Окисление сплавов щёлочноземельных металлов с кремнием, германием и алюминием. Диссертация канд.хим. наук Душанбе. 1993.С 180.

29. Loners J.// Rev. Metall. 1952. P 430.

30. Cubicciotti D.// J.Am. chem. Soc. 1952. P 535.

31. Шанк Ф.А. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургия. 1973. 760 С.

32. Tanner L.E., Kylin S.A//Acta. Metall. 1961. V 9. N 11. P 1038.

33. Schatz M., Kaufman L.// Trans AIME. 1964. V 230.

34. Банных O.A., Будберг П.Б. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. М.'.Металлургия, 1986.740 С.

35. Свечников В.Н., Шурин А.К., и др. Диаграммы состояния металлических систем. М.: Наука, 1968. С. 153 156.

36. Абрикисов Н.Х.//Изв. сект. физ. хим. анализа ИОНХ АН СССР. 1965. Т.27. С. 157 163.

37. Струков И.Н., Гельд П.В., В сб. Физ.хим. основы производства стали. М. : Изд- во АН СССР. 1960. С. 61 77.

38. Сидоренко Ф.А., Гельд П.В., Ремпель П.С.// Изв. ВУЗов. Чёрнаяметаллургия, 1962. №4, С. 102 108.

39. Sagane Hiromich, Ori Kensure // J. Jap. Inst. Metals. 1979. V 43. N 6. P 559 575.

40. Munson D. // J. Inst. Met. 1967. V 95. P 217 219.

41. Discussion Sun C. Y., Mondolfo L.F.// J. Inst. Met. 1967. V 95. N12. P 384.

42. Муравьёва A.A., Герман H.B., Заречнюк О.С., Гладышевский Е.И., В кн. : «Всесоюзная конференция по кристаллохимии интерметаллических соединений». Львов, 1974. С. 35 36.

43. Торопов И.А., Барзаковский В.П., Лапин В.В., Курцева И.Н., Диаграммы состояния силикатных систем. Л: Наука. 1969.Т.1. с.882.

44. Жучков В.И., Ватолин Н.А., Завьялов А.А., Температура плавления ферросплавов // Изв.Ан СССР. Металы. 1982. № 4.С. 455-456.

45. Казачков И.П. , Паримончик И. В. Кинетика плавления ферросплавов // Изв. АН СССР . Металлы .1973 .№ 2. С. 55-5

46. Казачков И.П., Паримончик И.В. Факторы , определяющие скорость растворения сплавов в жидкой стали // Металлургия и коксохимия. 1976. №49 . С. 56-59.

47. Чистяков А., Гуревич В ,С. , Соснович В .С . и др . Легирование хромоникельмарганцовистой стали сплавами с ниобием // Сталь. 1970. №12. С. 1093-1097.

48. Елмин В.Н.,Гасик.М,И.Справочник по электротермическим процессам. М. ; Металлургия. 1978. С. 320.

49. Гасик JI.H.,Игнатьев B.C., Гасик М.И. Структура и качество промышленных ферросплавов и лигатур. Киев: Техника. 1975. С.215.

50. Кулиньски 3. Производство сплавов для модифицирования и микролегирования стали.М.: МСНТИЧМ. «Информсталь», 1979. С.26.

51. Канаев Ю.П., Салников Г. И. // Сталь. 1982. № 10. С. 35-37.

52. Рыс М.А. Производство ферросплавов г-изд. М.-Металлургия. 1985.С.45.

53. Рысс М.А. Сплавы селены ,урана,берилия,стронция и лития в черной металлургии ,М.:»Черметинформация». 1975. Сер.5. вып.З. С.9.

54. Филиппов С. и др. Физико-химические исследования металлургических процессов. М.: Металлургия. 1969. С. 166.

55. Кофстад П.Высокотемпературное окисление металлов.-М. Мир. 1963. С.322.

56. Абраме И.А., Колис Х.Э.,Лепин и др. .Математическая обработка результатов исследования окисления металлов в политермических условиях // Известия АН Латв. ССР.Сер.хим.-1976.№5 .С. 514-521.

57. Лепинских В.М., Киселев В.И.Об окислении жидких металлов и сплавов кислородом из газовой фазы // Известия АН СССР.Металлы.1974.№5.1. С.51-54.

58. Шведов Л.В. и др. Плавщик ферросплавов ,М.:Металлургия. 1980. с.22.

59. Бердиев А.Э., Ганиев И.Н., Эшов Б.Б. Высокотемпературная коррозия жидкого ферросилиция . // Докл. АН Тадж. ССР. 1997. Т.Х1.Ш1-12.С.8-11.

60. Бунин К.Н., Таран Ю.Н. Строение чугуна .М.,»Металлургия» 1972. С. 358.

61. Матвеев Н.А., Храмченков А.И. и др.//Литейное производство. 1974. № 8.

62. Левитан М.М., Крючков О.Н., Задемидко Г.// Литейное про-изводство . 1974.4.

63. Юнко В.Л., Макаренко Г.И. и др. Тугоплавкие карбиды. Киев. «Наукова думка», 1970. С. 148.

64. Эллиот Р.П. Структуры двойных сплавов. Т.1 и 2. М.»Металлургия». 1970. С.480

65. Шанк Ф.Структуры двойных сплавов. М.»Металлургия».1973.С. 439.

66. Чугун с шаровидным графитом, обработанный редкоземельными модификаторами. Киев. Наукова думка , 1964.

67. Гавриш А.И. и др . // Литейное производство. 1969.11. С.42.

68. Гавриш А.И. и др.-Бюл. ЦНИИЧМ, 1965. № 16. С.31.

69. Стемнеску Д. М. Технология и оборудование литейного производства. 1973. № 14.С. 45.

70. Попов В.М., Коган Л.Б., Горбульский Г.Ф. Литейное производство. 1976. № 1, 7.С. 47.

71. Повышение качества отливок модифицированием и микролегированием серого чугуна. М., НИИМ.Ш, 1968. С. 278.

72. Аникин . Иттриевый чугун .М., «Машиностроение», 1976.

73. Бобро Ю.Г. Легированные чугуны. М., «Металлургия», 1976.

74. Томашев Н.Д. Теория коррозия и защиты металлов. М., Изд. АН СССР. 1960. С. 545.