CC BY
45
НТМК создает надежные перспективы работы и развития
А.В.Кушнарев.
На очереди коренная реконструкция рельсобалочного цеха с переходом на современные технологии термообработки рельсов. Головная часть рельсобалки в ввде новой нагревательной печи с шагающими балками, заменившей четыре устаревшие печи, уже находится в эксплуатации
Менее объемные работы по модернизации оборудования ежегодно выполняются в крупносортном , в цехе прокатки широкополочных балок, в шаропрокатном цехе.
Естественно, не могут оставаться на старой технике подразделения, стоящие в основе обеспечения комбината. На ВГОКе введены в 2004 году в эксплуатацию новые мощности по добыче железной руды на шахте «Южная». На аглофабрике ВГОКа выполнена реконструкция одной из четырех агломашин, на очереди следующая.
Проектируется система охлаждения агломерата, что требуют обновленные доменные печи и необходимость повышения качества агломерата.
В огнеупорном производстве реконструкция и модернизация оборудования направлена на расширение сортамента продукции и повышение служебных свойств выпускаемых огнеупоров. Обновленное оборудование позволяет решать такие вопросы.
Таким образом, решая задачу эффективной работы в рыночной экономике, НТМК четко ре -ализует обширную программу технического пе -ревооружения и постоянно находится на марше реконструкции. При этом растёт качество выпускаемой продукции, что подтверждается также и ростом заказов на металлопрокат именно из конвертерной стали НТМК.
УДК 621.746.628.001.57
В. Н. Селиванов, Э. В. Дюльдина
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ СТАЛИ В СИСТЕМЕ ЕЕ-С-О-М^-Р ПРИ ПРОТЕКАНИИ РЕАКЦИЙ МЕЖДУ КОМПОНЕНТАМИ РАСПЛАВА*
При исследовании стальных слитков и непре -рывнолигых заготовок практический интерес вы -зывают три компонента их строения: макроструктура, зональная химическая неоднородность и загрязненность стали неметаллическими включения -ми. Экспериментальное изучение этих компонентов строения стальных слитков и непрерывнолитых заготовок - это довольно длительный и трудоемкий процесс, особенно если нужно исследовать влияние на них нескольких технологических параметров. Определенной альтернативой экспериментальному исследованию строения стальных слитков и непре-рывнолигых заготовокможет быть математическое моделирование их затвердевания, проведенное с учетом всего комплекса физико-химических процессов, сопровождающих переход металла из жвд-кого состояния в твердое.
Задача математического описания затвердевания стали с учетом всех протекающих при этом физико-химических процессов может быть решена на основе диаграмм состояний многокомпонентных систем. Диаграмма состояний многокомпонентной системы дает комплексное описание всех фазовых превращений, протекающих при затвердевании расплава. Следова-
Работа выполнена при поддержке гранта губернатора Челябинской области Урчел 04-03-96070.
тельно, ее можно использовать для получения информации о структуре затвердевшего слитка или непрерывнолитой заготовки.
Наиболее простой многокомпонентной системой, пригодной для описания затвердевания реальной стали на уровне современных требований, является система Ре-С-О-Мп-Б-Р, соответствующая химическому составу кипящей стали Диаграмма состояний этой системы представляет собой сложный объект, который для практического использования можно представить как комплекс взаимосвязанных подсистем, каждая их которых отражает какой-либо важный процесс, протекающий в системе в целом.
Известно, что в слитках кипящей стали имеются газовые пузыри, сформированные, в ос -новном, оксвдом углерода, оксвдные неметаллические включения, химический состав которых в первом приближении можно представить формулой МпО-РеО, а также сульфвды железа и марганца. Поэтому в системе Ре-С-О-Мп-Б-Р должны быть выделены следующие подсистемы:
- двойные подсистемы Ре-С, Ре-О, Ре-Мп, Ре-Б и Ре-Р, описывающие ликвацию элементов;
- тройная подсистема Ре-С-О, описывающая образование газа;
Система Бе-С-О-Мп-Б-Р
Структурасистемы Ре-О-О-Мп-Б-Р
- тройная подсистема Бе-Мп-О, описывающая образование оксвдных неметаллических включений;
- тройная подсистема Бе-Мп-Б, описывающая образование сульфвдов.
Структура системы Бе-С-О-Мп-Б-Р, отражающая все подсистемы и связи между ними, представлена на рисунке. Прямоугольниками на этой схеме изображены двойные и тройные подсистемы, описывающие образование химических соединений при затвердевании! металла, а линиями, соединяющими их, - связи между подсистемами. При этом вертикальные линии, соединяющие двойные подсистемы, отражают общность в этих подсистемах масс жвдкого и затвердевшего металла , а горизонтальные линии - общность в жвдком металле всех подсистем содержания соответствующих химических элементов.
Математическое описание системы Бе-С-О-Мп-Б-Р в области содержания компонентов реальной кипящей стали известно [1]. Для решения обозначенной выше задачи моделирования строения слитков эта модель системы должна быть дополнена математическим описанием всех важнейших физико-химических пропрссов, протекающих при затвердевании расплавленного металла.
В узких рамках журнальной статьи дать полное описание всех важнейших физико-химических процессов, протекающих при затвердевании расплавленного металла, невозможно. Можно лишь дать математическое описание ключевых элементов модели. Такими ключевыми элементами явля-ются концентрации элементов в жвдком металле. Эти концентрации определяют как ход химических реакций, так и ликвацию элементов при затверде -вании расплава.
Известно, что в зависимости от химического состава жвдкого металла и условий затвердевания в системе Ре-С-О-Мп-Б-Р могут протекать разные физико-химические процессы: одна или не -сколько химических реакций между компонента -ми металлического расплава, затвердевание расплава без химических реакций и затвердевание с одновременным протеканием одной или несколь -ких реакций Наиболее сложным вариантом затвердевания металла в системе Ре-С-О-Мп-Б-Р является затвердевание, сопровождающееся протеканием одновременно трех химических реакций, которые с достаточной точностью можно представить следующими уравнениями:
[С] + [О] = {СО}; (1)
Математическая модель затвердевания стали в системе Гв-С-О-Мп-Б-Р.
В.Н.Селиванов, Э.ВДюльдина.
Бе ж + [Мп] + [О] = (БеО-МпО}; (2)
[Мп] + [Б] = (МпБ). (3)
Условием начала рассматриваемого варианта затвердевания является соответствие фактического содержания кислорода в жвдком металле значению, равновесному как с углеродом, так и с марганцем, а фактического содержания серы - значению, равновесному с марганцем. Обычно такие условия создаются после затвердевания некоторого количества исходного металла.
Пусть при наступлении условий для затверде -вания металла с протеканием реакций (1), (2) и (3) масса жвдкого металла равна некоторой величине т, а содержание углерода, кислорода, марганца и серы в нем - [С], [О], [Мп] и [5"] соответственно. Найдем изменения, которые произойдут в систе -ме, если некоторое количество жвдкого металла ёт перевдет в твердое состояние.
Вследствие процесса ликвации затвердевание некоторого количества металла приведет к возрастанию концентрации всех элементов в жидком остатке, причем это изменение можно найти по формуле
4Е]л = (1 - к)[Е] —, (4)
т
где [Е] - текущее содержание любого элемента Е в жвдком металле; ё[Е]л - увеличение его концентрации в жидком металле вследствие ликвации; к -коэффициент распределения элемента Е между затвердевшим и жидким металлом, принимаемый на основе математической модели диаграммы состояний системы Бе-С-О-Мп-Б-Р [1].
Вызванное ликвацией увеличение содержания элементов в жвдком металле приведет к нарушению равновесия всех химических реакций, результатом чего будет образование некоторого количества продуктов этих реакций и установление нового состояния равновесия. Общее изменение концентраций всех участников реакций будет подчиняться следующим соотношениям:
4С] = 4С]Л - 4С]ь (5)
ё[0] = ё[0]л - ё[0]1 - 40Ь; (6)
ё[Мп] = ё[Мп]л - ё[Мп]2 - ё[Мп]3; (7)
45] = - 45]з, (8)
где индексы 1, 2 и 3 относятся к изменению концентрации каждого компонента по реакциям (1), (2) и (3) соответственно.
Величины й[С]д й[Ой[Мп]„ и й[5]д входящие в уравнения (5)-(8), могут быть вычислены по формуле (4) с использованием текущей концентра-
ции соответствующего элемента в жвдком металле. Все остальные слагаемые в уравнениях (5)-(8) являются неизвестными величинами. Для их нахождения система уравнений (5)-(8) должна быть дополнена .
Можно составить три дополнительных урав-нения, отражающих связь между изменением концентраций реагентов в реакциях (1)-(3):
й[О]1 = аг 4С]ь (9)
й[О]2 = а2- й [Мп]2; (10)
й[5]з = аз- й[Мп]з, (11)
где аь а2 иа3 - коэффициенты, определяемые по уравнениям реакций (1)-(3).
Еще три дополнительных уравнения можно составить, используя уравнения, выражающие соотношения , отражающие связь между концентрация -ми реагентов при равновесии реакций (1)-(3):
[О]+й[О ] = ^([С]+й[С]); (12)
[О]+й[О ] = ^2 ([Мп ]+й [Мп ]); (13)
[5]+й[5] = ^3([Мп]+4Мп]), (14)
где ^1, Е2 и - функции, описывающие связь между концентрациями реагентов при равнове-сии реакций (1)-(3) и принимаемые на основе математической модели диаграммы состояний системы Ре-С-О-Мп-Б-Р [1].
Уравнения (5)-(14) образуют систему из десяти уравнений с десятью неизвестными, которая, как известно, имеет решение. Получив это решение , можно найти концентрации всех элементов в жвдком металле после увеличения массы затвердевшего металла на величину йт, а также приращение массы газообразных, оксвдных и сульфвд-ных продуктов химических реакций, образовавшихся за этот период времени. Выполняя подоб-ные действия последовательно пошаговым методом , можно получить полную информацию об изменении фазового состава многокомпонентной системы Ре-С-О-Мп-Б-Р в процессе затвердевания металла.
Разработка математической модели системы Ре-С-О-Мп-Б-Р и математического описания физико-химических процессов, протекающих в ней при затвердевании металла, открывает возможности для построения математических моделей затвердевания стальных слитков и непрерыв-нолигых заготовок. Такие модели можно построить, используя метод сеток, "накладываемых" на затвердевающий металл. Описанная выше методика позволяет построить динамическую модель затвердевания металла в узлах сетки Модели затвердевания слитка или непрерывнолитой заготовки должны также учитывать массообмен между узлами сетки и содержать зависимости, связы-
вающие фазовые изменения при затвердевании металла в узлах сетки с формированием в них определенной макроструктуры и развитием химической неоднородности. Однако эти достаточно сложные вопросы выходят за рамки данной статьи Можно лишь сообщить, что на базе математиче-
ского описания затвердевания металла в системе Ре-С-О-Мп-Б-Р была создана модель формирования слитков кипящей стали, позволяющая получить информацию об их строении в объеме, соот-ветствующем информации, получаемой при завод -ских экспериментальных исследованиях [2].
Библиографический список
1. Селиванов В.Н., Дюльдина Э.В. Математическая модель затвердевания стали в системе Ре-С-О-Мп-Б-Р // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2005. № 1. С. 17-22.
2. Селиванов В.Н. Использование диаграмм состояний многокомпонентных систем для комплексного описания затвердевания стальных слитков и непрерывнолитых заготовок // Труды VII конгресса сталеплавильщиков. М.: Изд-во ОАО "Черметниформация", 2003. С. 634-636.
УДК 669.1
И. М. Шатохин, М. X. Зиатдинов, А. В. Кутищев, А. В. Бессмертных
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ МЕТОДОМ СВС
Несмотря на быстрый рост объемов производ-ства алюминия, титана и других цветных металлов, а также различных полимеров, сталь останется в ближайшие десятилетия основным конструкционным материалом. Объем производства стали постоянно увеличивается. Этот рост происходит, в основном, за счет бурного развития черной металлургии Китая, Индии, стран Юго-Восточной Азии и Латинской Америки. Так, Китай уже в 2005 году планирует выплавить ~300 млн т стали, доведя объем производства в 2008 году до ~400 млн т. Такой бурный рост металлургической промышленности привел к резкому увеличению цен на легирующие материалы и возникновению дефицита ряда важных составляющих стали Все это в сочетании с ужесточением требований к экологической безопасности, а также ограниченными ресурсами в природе многих легирующих элементов привело к разработке новых марок сталей, так называемых экономнолегированных, в которых введением минимума легирующих элементов до -стигается наилучшее сочетание эксплуатационных характеристик. Особое место среди эконом -нолегированных сталей занимают микролегиро-ванные. В этих сталях введением незначительных количеств (~0,1%) микролегирующих добавок в комбинации со специальными режимами термо-обработки достигаются рекордные значения прочности при сохранении высокой вязкости и хорошей свариваемости
Основой для получения требуемых технологических свойств стали является его химический состав. Для микролегированных сталей значение
строгого соблюдения химического состава резко возрастает. Кроме того, тевденцией современного сталеплавильного производства является усложнение химического состава при дальнейшем снижении суммарного удельного расхода легирующих элементов. В практику производства металлургических компаний вовлекаются не только новые комбинации известных легирующих, но и новые элементы, еще совсем недавно считающиеся экзотическими Следует отметить также, что многие легирующие материалы находят нетрадиционные области применения, например использование бора в автоматных сталях, азота - в ферриг-ных нержавеющих сталях и т.д. В связи с этим растут требования к качеству применяемых для микролегирования материалов.
Современное сталеплавильное производство использует большое количество легирующих эле -ментов: металлов, неметаллов и самые различные их комбинации (Мп, Сг, №, Тц К, Тц V, Бц В, Б и др.). В мире в настоящее время в той или иной степени для улучшения качества металла используется более 25 элементов. Причем легирующие элементы применяют либо в чистом виде (Мп, N1, Сг, РЬ и др.), либо в виде химических соединений (СаС2, РеБ2, МоО3 и т.д.), но чаще всего легирование осуществляют с помощью различных сплавов, обычно на основе железа (РеБц РеКЬ, РеБ1Сг и т.д.). Кроме того, постоянно расширяется номенклатура предлагаемых на рынке легирующих композиций. Например, крупнейшая американская компания по производству ферросплавов “БЫеИаИоу” поставляет легирующие материалы более 60 наименований,
