Классификация сплавов силикокальцийбария и их применение для ковшевой обработки стали Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Металлургия чёрных, цветных и редких металлов

УДК 621.746.58 + 669.33 DOI: 10.14529/теМ80103

КЛАССИФИКАЦИЯ СПЛАВОВ СИЛИКОКАЛЬЦИЙБАРИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Б.Ф. Белов1, А.Я. Бабанин2, В.В. Белоусов3, И.В. Рябчиков4, В.А. Голубцов4

10ОО «Центр металлургических исследований «Сатурн», г. Донецк, ДНР, 2Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка, ДНР,

3Донецкий национальный университет, г. Донецк, ДНР, 4 ООО НПП «Технология», г. Челябинск, Россия

Представлены результаты исследования сплавов силикокальцийбария на предмет определения в них первичных, промежуточных, эвтектических и базовых фаз и их действие на сталь в процессе ее внепечной обработки. Впервые построена полигональная диаграмма состояния системы Si-Ca-Ba, позволяющая производить системную классификацию сплавов силикокальцийбария. Представлен механизм образования первичных неметаллических включений при раскислении стали сплавами бария с образованием силикатов или оксидов кальций-бария и предложен механизм их модифицирования в глобулярные эвтектического состава типа ранкинит. Выполнен сопоставительный анализ эффективности раскисления стали сплавами кремния, кальция, бария.

Ключевые слова: сплав силикокальцийбария, полигональная диаграмма состояния, механизм образования, первичные и модифицированные неметаллические включения.

1. Классификация сплавов

системы Si-Ca-Ba

Для ковшевой обработки стали применяют двойные и тройные сплавы щелочноземельных металлов [1], в которых содержание бария регламентирует ТУ 0832000-006-311780390-2001 до 30,0 %.

Системным классификатором комплексных сплавов является полигональная диаграмма состояния (ПДС) тройной системы Si-Ca-Ba, которая не изучена и является предметом настоящей работы.

На рисунке представлена ПДС Si-Ca-Ba, построенная графоаналитическим методом (ПДС-метод, [2]) во всем интервале концентраций твердых и жидких исходных компонентов на базе бинарных систем Si-Ca [3], Si-Ba [4] и Са-Ва [5].

В бинарной системе Са^а твердые и жидкие компоненты взаимно растворяются [6]. Максимальная взаимная растворимость кальция и бария определена на ПДС Si-Ca-Ba в точке пересечения лучевой системы из Si-вер-шины треугольника и бинарной системы Ca-Ba, в которой существует жидкий раствор

при 605 °С, отвечающий стехиометрическому составу CaBa (22,6/77,4) [5], на базе которого образуются метастабильные сплавы.

ПДС Si-Ca-Ba включает 15 промежуточных фаз: 6 первичных, 2 эвтектических и 7 базовых. Первичные фазы расположены в зоне центрального треугольника, образованного линейными системами бинарных первичных промежуточных фаз. Зона первичных промежуточных фаз SiBa2-SiCa2-CaBa разделяет концентрационное поле общего треугольника на три зоны у каждой его вершины. Зона сплавов на базе кремния: SiBa2(102)-Si-SiCa2(120), зона кальция: SiBa2(102)-Са-CaBa(011) и зона бария: CaBa(011)-Ва-SiBa2(102). В этих зонах находятся вторичные промежуточные фазы -базовые и эвтектические сплавы. Здесь трехзначные цифры обозначают стехиометриче-ские коэффициенты интерметаллидов: первые цифры - Si, вторые - Ca, третьи - Ва.

Базовые сплавы на основе кремния регламентируют содержание бария до 30,0 %. К таким сплавам относятся сплавы в триангуляционных зонах системы Si-Ca, отвечающие стехиометрическому составу интерметаллидов

Полигональная диаграмма системы Si-Ca-Ba

Si10Ca3Ba, Si6Ca4Ba, SiзCa4Ba и др., на базе которых образуются твердые растворы переменного состава, определяющие марку сплава С50К25Ба25, С35К30Ба35 и др.

Классификация сплавов силикокальций-бария приведена в табл. 1, которая включает химические реакции образования промежуточных фаз в линейных и триангуляционных системах, химический и стехиометрический состав интерметаллидов, плотность, температуры ликвидуса, рассчитанные аддитивно по температурам плавления исходных компонентов в химических реакциях, маркировку сплавов. Сплавы содержат (масс. %): (5-75) кремния + (5-65) кальция + (20-90) бария, плотность и температура ликвидуса которых соответственно изменяется в пределах 1,71-3,45 г/см3 и 600-1250 °С.

2. Механизм образования и модифицирования неметаллических включений

При ковшевой обработке сталь доводят до марочного состава и формируют заданный тип неметаллических включений (состав, количество) за сет нормированного расхода и

состава присадочных материалов (ферросплавы, лигатуры, шлакообразующие, флюсы).

В качестве присадочных материалов использованы сплавы силикокальцийбарий -С55К10Ва35 ^8СаВа), силикокальций -СК30 ^Са); силикобарий - СаВа35 фЬВа), кальцийбарий - КБа35 (Са6Ва), ферросилиций - ФС65 (FeSi4) и известь - (СаО)ТШС. Здесь и далее в скобках обозначены стехио-метрический состав фазы, на базе которой образуется твёрдый раствор, отвечающий составу сплава. (СаО)ТШС - известь как компонент твёрдых шлакових смесей. Бинарные сплавы содержат базовые компоненты тройного сплава - кремний, кальций, барий.

Механизм образования первичных неметаллических включений (ПНВ) силикатов или оксидов кальцийбария, а также их модифицирования (МНВ) в глобулярные эвтектического состава типа ранкинит, исследованы методом стохастического анализа [7] путём последовательного ряда структурно-химических реакций рафинирования. Стехиометри-ческий состав ранкинита 3(СаО + ВаО^Ю2 с основностью В = СаО + ВаО^Ю2 < 2,0 и температурой ликвидуса менее 1400 °С [8].

ГО го о ф

Ю

со

№ п/п Линейные и триангуляционные системы Химические реакции Стехио-метриче-ский состав Усл. обозначения Химический состав, масс./ат. % Р, г/см3 Т 1 л> °с Марочный состав

Бе 81 Ва

Первичные сплавы

1 81Ва2-81Са2 81Ва2 + 81Са2 812Са2Ва2 81СаВа 1.1.1 13,73/3,3 19,5/33,3 66,8/33,3 3,13 1145 С15К20Ба65

2 81Ва2-СаВа 81Ва2 + 2(СаВа) -о- 81Са2Ва4 81Са2Ва4 1.2.4 4,3/14,4 12,2/28,6 83,5/57,0 3,43 875 С5К10Ба85

3 СаВа-81Са2 2(СаВа) + 81Са2 -о- 81Са4Ва2 81Са4Ва2 1.4.2 6,0/14,1 34,6/57,2 59,4/28,7 2,91 690 С5К35Ба60

4 Са-81Ва2 Са + 81Ва2 ++ 81СаВа2 81СаВа2 1.1.2 8,2/25,0 11,7/25,0 80,1/50,0 3,38 1160 С10К10Ба80

5 Ва-81Са2 Ва + 81Са2 ^ 81Са2Ва 81Са2Ва 1.2.1 11,4/25,0 32,7/50,0 55,9/25,0 2,87 840 С10К35Ба55

6 81Ва2-81Са2-СаВа 81Ва2 + 81Са2 + СаВа <-> 81Са2Ва2 81Са2Ва2 1.2.2 7,4/20,0 20,9/40,0 71,7/20,0 3,19 860 С10К20Ба70

Сплавы на основе кремния

1 81Ва-81Са 81Ва + 81Са ^ 812СаВа 812СаВа 2.1.1 24,0/50,0 17,2/25,0 58,8/25,0 3,03 1070 С25К15Ба60

2 812Ва-812Са 812Ва + 81лС'а о- вцСаВа 81,СаВа 4.1.1 38,8/66,7 13,8/16,7 47,4/16,7 2,89 1130 С40К15Ба45

3 814Ва-814Са вцВа + 81,Са ++ 818СаВа 818СаВа 8.1.1 55,98/0,0 10,0/10,0 34,1/10,0 2,74 1120 С55К10Ба35

4 814СаВа-813Са 814СаВа + 2(813Са) <-> 81шСа3Ва 81юСа3Ва 10.3.1 52,2/71,6 22,3/21,3 25,5/7,1 2,51 1100 С50К25Ба25

5 812СаВа-812Са-81Са 812СаВа + 8 ¡-.('а + 2(8Юа) о 816Са4Ва 816Са4Ва 6.4.1 36,1/54,5 34,5/36,4 29,4/9,1 2,48 1050 С35К35Ба30

6 81СаВа-81Са-81Са2 81СаВа + 81Са + 81Са2 <-> 813Са4Ва 813Са4Ва 3.4.1 22,0/37,5 42,0/50,0 36,0/12,5 2,51 1120 С20К45Ба35

Сплавы на основе кальция

1 81Са4Ва2-8Юа3 81Са4Ва2 + 2(8Юа3) 813Са10Ва2 813Са10Ва2 3.10.2 11,0/20,0 52,8/66,8 36,2/13,2 2,43 850 С10К50Ба40

2 81Са4Ва2-81Са12 81Са4Ва2 + 81Са12 812Са16Ва2 81Са8Ва 1.8.1 (Э,) 5,8/11,1 66,0/88,9 28,2/11,1 2,21 650 С5К65Ба30

Сплавы на основе бария

1 81Са2Ва4-81Ва6 81Са2Ва4 + 81Ва6 <-> 812Са2Ва10 81СаВа5 1.1.5 (Э2) 3,7/14,0 5,3/14,0 91,0/72,0 3,59 550 С5К5Ба90

Таблица 1

Стехио-метриче-ский состав

Усл. обозначения

Химический состав, масс./ат. %

Бе

81

Ва

г/см

Т

1 л?

°С

Марочный состав

СаВа-8Юа,

Са^Ва,

Ва-81Са?

81Ва,-81Са,-СаВа

2(СаВа) + 8Юа2 -о- 8Юа4Ва2

Са + 81Ва, о- 81СаВа,

Ва + 81Са? <-> 81Са2Ва

81Ва? + Б[Са7 + СаВа <-> 81Са,Ва7

Первичные сплавы

81СаВа

81Са?Ва4

81Са4Ва,

81СаВа?

81Са?Ва

81Са,Ва,

1.1.1

1.2.4

1.4.2

1.1.2

1.2.1

1.2.2

13,73/3,3

4,3/14,4

6,0/14,1

8,2/25,0

11,4/25,0

7.4/20.0

19,5/33,3

12,2/28,6

34,6/57,2

11,7/25,0

32,7/50,0

20,9/40,0

66,8/33,3

83,5/57,0

59,4/28,7

80,1/50,0

55,9/25,0

71,7/20,0

3,13

3,43

2,91

3,38

2,87

3.19

1145

875

690

1160

840

860

С15К20Ба65

С5К10Ба85

С5К35Ба60

С10К10Ба80

С10К35Ба55

С10К20Ба70

81Ва-8Юа

81?Ва-81?Са

8йВа-8йСа

8ьСаВа-8ьСа

8ьСаВа-8ьСа-8Юа

81СаВа-81Са-81Са2

Сплавы на основе кремния

81Ва + 81Са -о 8ьСаВа

81?Ва + 81?Са -о- 8цСаВа

8иВа + 8иСа -о- 8ьСаВа

814СаВа + 2(813Са) о 8^0Са3Ва

812СаВа + 812Са + 2(8Юа) -о 81бСа4Ва

8ЮаВа + 81Са + 81Са2 о- 8ьСа4Ва

8ьСаВа

8цСаВа

81»СаВа

8ЬпСа3Ва

81ЛСа4Ва

8ьСа4Ва

2.1.1

4.1.1

8.1.1

10.3.1

6.4.1

3.4.1

24,0/50,0

38,8/66,7

55,98/0,0

52,2/71,6

36,1/54,5

22,0/37,5

17,2/25,0

13,8/16,7

10,0/10,0

22,3/21,3

34,5/36,4

42,0/50,0

58,8/25,0

47,4/16,7

34,1/10,0

25,5/7,1

29,4/9,1

36,0/12,5

3,03

2,89

2,74

2,51

2,48

2,51

1070

1130

1120

1100

1050

1120

С25К15Ба60

С40К15Ба45

С55К10Ба35

С50К25Ба25

С35К35Ба30

С20К45Ба35

Сплавы на основе кальция

81Са.Ва,-81Са,

81Са4Ва,-81Са,

81Са4Ва2 + 2(81Са3) <-> 813Са10Ва2

81Са4Ва? + 81Са,7 <-> 8ъСа16Ва2

8ьСатВа7

81Са«Ва

3.10.2

1.8.1 (Э0

11,0/20,0 52,8/66,8 36,2/13,2

5.8/11.1 66.0/88.9 28.2/11.1

2,43

2.21

850

650

С10К50Ба40

С5К65Ба30

1 81Са2Ва4-81Ва,

Сплавы на основе бария

81Са?Ва4 + 81ВаЛ <н> 812Са2Ва10

8ЮаВа<

1.1.5 (Эг) 3,7/14,0 5,3/14,0 91,0/72,0 3,59 550 С5К5Ба90

Примечания: трехзначные числа - стехиометрические коэффициенты тройных интерметаллидов: первые цифры - кремний, вторые - кальций, третьи -барий; Тя, °С - температура ликвидус, р, г/см3 - плотность; марочный состав, масс. %: С - кремний, К - кальций, Ба - барий.

№ 01

§§

8 сп 00

• а>

* 8*

Т3 с *

ь

а О)

§ о

^ 2

ф с

Ф гС

5 I

ф ^

о

§ §

05 0)

£ 00

18

О о

° §

1? о

0) Э5

с с<

3 О) О)

2.1. Силикокальцийбарий (C55K10Бa35)

4(Si8CaBa)Me + 72[О]ме ^ 4(8Si02Ca0Ba0)nHB (1)

4(8Si02Ca0Ba0)nHB + 40(СаО)тшс ^ (32Si0244Ca04Ba0)MHB (2)

I: 4(Si8CaBa)ме +72[О]ме + 40(Са0)тшС ^ (32SiО244CaО4ВаО)мнв (3)

Из реакции (3) следует, что при расходе 1,0 кг/т сплава удаляется 718,0 ррт кислорода с образованием 3,2 кг/т МНВ, содержащего (масс. %): 38,4 SiO2 + 49,4 СаО + 12,2 ВаО при основности В = (СаО + ВаО) / SiО2 = 1,6 после присадки извести в количестве 1,41 кг/т.

Силикатная фаза - ПНВ основностью < 0,5 является стекловидным образованием типа кварцевого стекла с высокой вязкостью, которая в присутствии извести - (СаО)ТШС превращается в жидкотекучее состояние с образованием модифицированных глобулярных неметаллических включений (МНВ), отвечающих составу типа ранкинита - 2SiО23(СаО + ВаО).

2.2. Силикокальций ^70Ю0)

4(SiзCa)ме + 8[О]ме ^ (12SiО24CaО)пнв (4)

(12SiО24CaО)пнв + 14(СаО)тшС ^ (П^^аО^в (5)

I: 4(Si8CaBa)ме + 28[О]ме + 14(СаО)тшС ^ (П^^аО^в (6)

Из реакции (6) следует, что при расходе сплава в количестве 1,0 кг/т удаляется кислорода

(А[0], ррт) 903,2 ррт с образованием 3,5 кг/т мНВ, содержащих (масс. %) 41,7 SiO2 + 58,3 СаО при основности В = 1,4 после присадки извести в количестве 1,58 кг/т.

2.3. Силикобарий (C70Бa30)

2(Si12Ba)ме + 50[О]ме ^ 2(12SiО2BaО)пнв (7)

2(12SiО2BaО)пнв + 34(СаО)тшС ^ 2(12SiО2l7CaОBaО)мнв (8)

I: 2(Sil2Ba)ме + 50[О]ме + 34(СаО)тшС ^ 2(12SiО2l7CaОBaО)мнв (9)

Из реакции (9) следует, что при расходе 1,0 кг/т сплава удаляется 846 ррт кислорода с образованием 3,9 кг/т мНВ, содержащих (масс. %) 39,4 SiO2 + 52,2 СаО + 8,4 ВаО при основности В = 1,53 после присадки 2,0 кг/т извести.

2.4. Кальцийбарий (K65Бa35)

2(Ca6Ba)ме + 14[О]ме ^ (12CaО2BaО)пнв. (10)

Из реакции (10) следует, что при расходе сплава 1,0 кг/т удаляется 97,1 ррт кислорода с образованием 1,3 кг/т ПНВ, содержащих (масс. %) 68,7 СаО + 31,3 ВаО.

2.5. Ферросилиций (ФС65)

3^4)ме + 24[0]ме ^ 3Feмe + 12фЮ2)ПнВ. (11)

12(Й02)ПНВ + 18(СаО)тшС ^ (12^ 18СаО)мнв. (12)

I: 3^4)ме + 24[0]ме + 18(СаО)тшС ^ 3Feмe + (12SiO2 18СаО)мнв. (13)

Из реакции (13) следует, что при расходе 1,0 кг/т сплава ФС65 А[0]ме = 762,0 ррт, количество (СаО)ТШС = 2,0 кг/т и мНВ = 3,43 кг/т.

Белов Б.Ф., Бабанин А.Я., Белоусов В.В. и др.

Классификация сплавов силикокальцийбария и их применение для ковшевой обработки стали

2.6. К65Ба35+ФС65

2(СабВа)ме + 14[О]ме ^ (12СаО2ВаО)пнв (10)

3^Ч)ме + 24[0]ме ^ 3Feмe + 12(SlO2)пНВ (11)

12(SiO2)пнв + (12Са02Ва0)пнв ^ (12SlO2l2CaO2BaO) (14)

(12SlO2l2CaO2BaO)пнв + 4(СаО)тшс ^ (^Ю216Са02Ва0)мнв (15)

I: 2(СабВа)ме + 3^ц)ме + 4(СаО)тшс + 38[0]ме ^3Feмe + (12SlO2l6CaO2BaO)мнв (16)

Из реакции (16) следует, что при суммарном расходе сплавов в количестве 1,0 кг/т, содержащих (масс. %) 60,0 К65Ба35 + 40,0 ФС65, удаляется кислорода Д[0]ме = 483,3 ррт и после присадки извести в качестве 0,18 кг/т образуются МНВ-ранкинит в количестве 1,53 кг/т, содержащий (масс. %) 37,2 SlO2 + 46,6 СаО + 15,9 ВаО с основностью В = 1,67. Глубина раскисления является средней величиной от исходных сплавов.

3. Анализ эффективности раскисления стали

В табл. 2 приведён сопоставительный анализ эффективности раскисления стали сплавами кремния, кальция, бария при их расходе в количестве 1,0 кг/т.

Таблица 2

Сопоставительный анализ эффективности раскисления стали

Сплавы кг/т Л[0], ррт Модифицированные неметаллические включения

Химический состав, масс. % Q, кг/т В

ЙО2 СаО ВаО

Силикокальций-барий (С55К10Ба35) 1,41 718,0 38,4 49,4 12,2 3,2 1,60

Силикокальций (С70К30) 1,58 903,2 41,7 58,3 - 3,5 1,40

Силикобарий (С70Ба30) 2,0 846,0 39,4 52,2 8,4 3,5 1,53

Кальцийбарий (К65Ба35) - 297,1 - 68,7 31,3 1,3 (ПНВ) -

Ферросилиций (ФС65) 2,0 762,0 41,7 58,3 - 3,43 (ПНВ) 1,40

ФС65 + К65Ба35 0,18 483,3 37,2 46,6 15,9 1,53 1,67

Примечания: Д[0], ррт - количество удалённого кислорода; Q, кг/т - количество неметаллических включений (ПНВ и МНВ); В = СаО + ВаО^Ю2 - основность МНВ и ПНВ.

Из табл. 2 следует, что максимальная раскислительная способность (Д[0]ррт) у сплавов силикокальция, минимальная - у сплавов кальцийбария, что связано с наличием кремния в сплаве.

Выбор марочного состава сплавов бария для ковшевой обработки стали зависит также от других параметров: расход извести, количество МНВ. Минимальное количество неметаллических включений образуется при использовании сплавов кальцийбария. Сплавы бария с кремнием и кальцием повышают чистоту стали за счет глобуляризации, измельчения и снижения количества неметаллических включений, обеспечивающих высокое качество металла [9, 10].

Полученные результаты исследований позволяют избрать оптимальный вариант технологии ковшевой обработки стали в зависимости от наличия и стоимости присадочных материалов.

Выводы

1. Построена неизвестная ранее полигональная диаграмма системы Si-Ca-Ba, служащая системным классификатором сплавов силикокальцийбария, включающая 15 промежуточных фаз интерметаллидов: первичных (6), эвтектических (2) и базовых (7).

2. Представлен механизм образования первичных неметаллических включений (ПНВ) при раскислении стали сплавами бария с образованием силикатов или твёрдофазных оксидов кальцийбария, а также механизм модифицирования ПНВ в глобулярные эвтектического состава типа ранкинита (МНВ).

3. Выполнен сопоставительный анализ эффективности раскисления стали сплавами кремния, кальция, бария, который представлен рядом активности (убывающий): СКЗ0 ^ СБа35 ^ ФС65 ^ СКБа35 ^ КБа35.

Литература

1. Рябчиков, И.В. Кремнистые ферросплавы и модификаторы нового поколения. Производство и применение / И.В. Рябчиков, В.С. Мизин, И.И. Андреев. - Челябинск: ЮУрГУ. - 295 с.

2. UA № 48344 U. Метод побудови полигональных д1аграмм стану потртних мета-лургтних систем / Б.Ф. Белов, А.1. Троцан, 1.Д. Буга та тш. - Опубл. 18.03.2013.

3. UA № 89504 U, МПК: C21C 7/06, C22C 35/00. Сплав кремню з кальцгем - силжокаль-цт для ювшевог обробки стал1 / 1.В. Паренчук, Б.Ф. Белов, А.1. Троцан, В.С. Кобець, О.С. Mi-сюра. - Опубл. 25.04.2014, Бюл. № 8.

4. UA № 93964 U, МПК: C21C 7/00. Сплав креммю з бар1ем - силжобарт - для обробки металургтних po3maeie / I.B. Паренчук, Б.Ф. Белов, A.I. Троцан, B.C. Кобець. - Опубл. 27.10.2014, Бюл. № 20.

5. Структуры двойных сплавов. Справочник / М. Хансен и К. Андерко. - М., 1962. -Т. 1. - С. 291-292.

6. Вахабов, А.В. Систематизация видов взаимодействия в двойных системах на основе кальция, стронция, бария / А.В. Вахабов,

B.Н. Вигдорович, Е.Д. Джураев // Общие закономерности в строении диаграмм состояния металлических систем. - М.: Наука, 1973. -

C. 121-124.

7. UA № 54359 U. Аналiз стохастичних металургтних систем за допомогою балансо-вих рiвнянь сумарних структурно-хiмiчних реакцт / Б.Ф. Белов, A.I. Троцан, 1.Л. Бро-децький, Ф.С. Крейденко. - Опубл. 02.04.2014.

8. О строении шлакових расплавов / Б.Ф. Белов, П.П. Харлашин, А.И. Троцан, П.С. Харлашин // Процессы литья. - 2003. -№ 2. - С. 18-22.

9. Использование комплексных барийсо-держащих модификаторов для улучшения качества колёсного металла / В.А. Голубцов, Р.Г. Усманов, И.В. Рябчиков и др. // Сталь. -2009. - № 12. - С. 17-22.

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

Белов Борис Федорович, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, ООО «Центр металлургических исследований «Сатурн», г. Донецк, ДНР.

Бабанин Анатолий Яковлевич, д-р техн. наук, доцент кафедры технической эксплуатации и сервиса автомобилей, технологических машин и оборудования, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка, ДНР; bay1957@mall.ua.

Белоусов Вячеслав Владимирович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой физики неравновесных процессов, Донецкий национальный университет, г. Донецк, ДНР.

Рябчиков Иван Васильевич, д-р техн. наук, профессор, консультант, ООО НПП «Технология», г. Челябинск, Россия.

Голубцов Валерий Александрович, канд. техн. наук, главный специалист по стали, ООО НПП «Технология», г. Челябинск, Россия.

Поступила в редакцию 2 ноября 2017 г.

Белов Б.Ф., Бабанин А.Я., Белоусов В.В. и др.

Классификация сплавов силикокальцийбария и их применение для ковшевой обработки стали

DOI: 10.14529/met180103

THE CLASSIFICATION OF SILICOCALCIUM-BARIUM ALLOYS AND THEIR APPLICATION TO STEEL LADLE PROCESSING

B.F. Belov1, A.Ya. Babanin2*, V.V. Belousov3, I.V. Ryabchikov4, V.A. Golubtsov4

1 LLC Center for Metallurgical Research "Saturn", Donetsk, DPR,

2 Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture, Makeyevka, DPR,

3 Donetsk National University, Donetsk, DPR,

4 LLC NPP "Technology", Chelyabinsk, Russian Federation

* bay1957@mail.ua

The paper presents the results of the investigation of of silicocalcium-barium alloys for the determination of primary, intermediate, eutectic and base phases in them, and their effect on steel during its out-of-furnace treatment. For the first time, a polygonal diagram of the state of the Si-Ca-Ba system has been constructed, which makes it possible to systematically classify silicocalcium-barium alloys. The mechanism of the formation of primary nonmetallic inclusions in the deoxidization of steel with barium alloys with the formation of silicate or oxide of Ca-Ba is presented and proposed a mechanism for their modification into globular eutectic composition such as Rankinite A comparative analysis of the efficiency of deoxidation of steel with alloys of silicon, calcium and barium has been performed.

Keywords: silicocalcium barium alloy, polygonal state diagram, formation mechanism, primary and modificated nonmetallic inclusions.

1. Ryabchikov I.V., Mizin V.S., Andreev I.I. Kremnistye ferrosplavy i modifikatory novogo pokoleniya. Proizvodstvo i primenenie [Siliceous Ferroalloys and Modifiers of a New Generation. Production and Application]. Chelyabinsk, South Ural St. Univ Publ., 2013. 295 p.

2. Bjelov B.F., Trocan A.I., Buga I.D. et al. Metod pobudovy poligonal'nyh diagramm stanu potrijnyh metalurgijnyh system [The Method of Motivating Polygonal Dyagrams Will Become a PostProduction Metalurgical System]. Patent UA, no. 48344, 18.03.2013.

3. Parenchuk I.V., Bjelov B.F., Trocan A.I., Kobec'V.S., Misjura O.S. Splav kremniju z kal'cijem -sylikokal'cij dlja kivshevoi' obrobky stali [The alloy of Silicon with Calcite]. Patent UA, no. 89504, 25.04.2014.

4. Parenchuk I.V., Bjelov B.F., Trocan A.I., Kobec' V.S. Splav kremniju z barijem - sylikobarij -dlja obrobky metalurgijnyh rozplaviv [Alloy Silicon with Barium]. Patent UA, no. 93964, 27.10.2014.

5. Hansen M. Der Aufbau der Zweistofflegierungen. Eine kritische Zusammenfassung. SpringerVerlag Berlin Heidelberg, 1936. DOI: 10.1007/978-3-642-47516-0

6. Vakhabov A.V., Vigdorovich V.N., Dzhuraev E.D. [Systematization of the Types of Interaction in Binary Systems Based on Calcium, Strontium, Barium]. Obshchie zakonomernosti v stroenii diagramm sostoyaniya metallicheskikh sistem [General Regularities in the Structure of State Diagrams of Metallic Systems]. Moscow, Nauka publ., 1973, pp. 121-124. (in Russ.)

7. Bjelov B.F., Trocan A.I., Brodec'kyj I.L., Krejdenko F.S. Analiz stohastychnyh metalurgijnyh system za dopomogoju balansovyh rivnjan' sumarnyh strukturno-himichnyh reakcij [Analysis of Stochastic Metallurgical Systems by Means of Balance Equations of Total Structural and Chemical Reactions]. Patent UA, no. 54359, 02.04.2014.

8. Belov B.F., Kharlashin P.P., Trotsan A.I., Kharlashin P.S. [On the Structure of Slag Melts]. Protsessy lit'ya [Casting Processes], 2003, no. 2, pp. 18-22. (in Russ.)

9. Golubtsov V.A., Demin K.Y., Demin Y.S. et al. Improving Wheel Steel by Means of Barium-Based Modifiers. Steel Transl, 2009, 39, pp. 1078-1083. DOI: 10.3103/S0967091209120092

References

10. Mikhaylov G.G., Makrovets L.A., Vydrin D.A. Barium as Deoxidant and Modifier of Liquid Steel. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2013, vol. 13, no. 1, pp. 45-50 (in Russ.)

Received 2 November 2017

ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ

Классификация сплавов силикокальцийбария и их применение для ковшевой обработки стали / Б.Ф. Белов, А.Я. Бабанин, В.В. Белоусов и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2018. - Т. 18, № 1. - С. 21-28. DOI: 10.14529/шеШ0103

FOR CITATION

Belov B.F., Babanin A.Ya., Belousov V.V., Ryab-chikov I.V., Golubtsov V.A. The Classification of Silico-calcium-Barium Alloys and Their Application to Steel Ladle Processing. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2018, vol. 18, no. 1, pp. 21-28. (in Russ.) DOI: 10.14529/met180103