Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 842
Статья научная
Обсуждены особенности процессов восстановления оксидов железа Fe3O4 до FeO и FeO до Fe в газовых смесях H2 (ao, моль) - CO (co, моль) в контакте с углеродом при нагревании до T = 850…955 К при давлении 1 атм. Общее количество газов в исходной смеси задавалось (ao + co) = 1 моль, а соотношение ao/co варьировалось в пределах от 1/0 до 0/1. Рассчитаны параметры получающихся равновесных систем: Fe3O4 - FeО - Н2 (a) - Н2О (b) - СО (c) - СО2(d) - С, FeO - Feа- Н2 (a) - Н2О (b) - СО (c) - СО2 (d) - С. Определены условия выделения сажистого углерода и его количества. Рассчитаны параметры реакций газификации углерода парами воды Н2О и диоксидом СО2. Вычислены общий и удельный расходы углерода. Рассчитаны количества восстановленных оксидов Fe3O4 и FeO. По результатам этих расчетов определены соотношения восстановительных способностей Н2 и СО γ = b/d. Для восстановления и Fe3O4 до FeO, и FeO до Fe это соотношение изменяется от 0 до 5,76 в зависимости от температуры и величины ao/co. Показано, что восстановление Fe3O4 до FeO при температуре ~ 917 К характеризуется величиной γ = 2,30 и большими количествами восстановленного оксида. Восстановление FeO до Fe при ~ 955 К характеризуется величиной γ = 1,71 и большими количествами восстановленного оксида.
Бесплатно
Термодинамический анализ и фазовые равновесия в системе железо-хром-углерод
Статья научная
С использованием подрешеточной модели проведен термодинамический анализ трехкомпонентной системы железо-хром-углерод. Результаты расчета фазовых равновесий представлены в виде изотермических сечений и фазовых диаграмм. Приведена схема фазовых превращений в этой системе в сопоставлении с бинарными системами. Рассчитаны и построены политермические разрезы с постоянным значением концентрации хрома в сплаве. Работа выполнена в соответствии с научной программой Федерального агентства по образованию - «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)», код проекта - 713 и при поддержке РФФИ, грант № 08-08-00416.
Бесплатно
Термодинамический анализ пирометаллургической переработки вторичных пылей медеплавильных предприятий
Статья научная
Предмет исследования составляют вторичные пыли, образующиеся при плавке металлургических пылей, шлаков и клинкера, содержащих медь, цинк, драгоценные металлы и др., на шахтной (Ш) и руднотермической (РТ) печах, не имеющие реализации и технологии дальнейшей переработки, следующего состава, % (Ш/РТ): 1,5/2,1 Cu; 35,0/14,2 Pb; 19,1/11,8 Zn; 10,7/31,6 As; 1,4/0,9 Sb; 3,7/3,5 S; 4,4/2,0 Fe; 1,8/6,3 Cd; 0,4/1,9 Sn; 0,3/0,6 Te; 0,5/0,4 Bi; 1,0/0,6 [г/т] Au; 71,8/29,6 [г/т] Ag. Цель работы заключается в обосновании пирометаллургической технологии переработки вторичных пылей, обеспечивающей извлечение свинца и цинка в коллективный концентрат (продукт Pb-Zn), а также перевод мышьяка в состав отдельного продукта, пригодного для захоронения. При выполнении балансовых расчетов равновесных составов в гетерофазной системе «газ - жидкость - твердое» использовали функцию «Equilibrium Composition» программы «Outotec's Chemical Reaction and Equilibrium Software HSC Chemistry». Исходили из предположения, что продуктами восстановительной плавки вторичных пылей являются: газовая фаза, в которую переходят летучие соединения серы, цинка, мышьяка; шлак, получаемый с флюсами (СаО·SiO2; Al2O3); штейно-шпейзовая фаза - железо-мышьяковистые соединения; металлическая фаза - свинцовый сплав. В режиме обжига (600-650 °С) вторичной пыли нежелательный переход легко возгоняемых соединений мышьяка в газовую фазу усиливается по мере возрастания исходного содержания элемента в сырье и уменьшения количества извести в шихте. При плавлении (1300-1350 °С) шихты, содержащей вторичную пыль (~ 32 % As) и удельные количества компонентов к массе пыли, %: 25,0 известь; 80,0 Fe-стружка; 9,0 каменный уголь, получена штейно-шпейзовая фаза состава, %: 26,3-29,6 As; 59,3-61,4 Fe; 0,7-1,7 Pb; 0,1-0,2 Zn, которую можно рассматривать как As-продукт, пригодный для захоронения. Применение термодинамического прогнозирования (функция «Equilibrium Composition») с варьированием удельного количества следующих компонентов шихты к массе вторичной пыли, %: 1,0-14,5 Na2O; 0,7-9,7 SiO2; 1,3-14,8 СаО; 4,1-31,1 FeО; 1-10 С; 20-47 Fe, показало, что при уменьшении в системе количества восстановителей (Fe, FeО, С) и возрастании количества флюсовых компонентов (СаО, Na2O, SiO2) в исследованных интервалах возможно увеличение содержания мышьяка в шлаковой фазе с ~ 20 до ~ 65 %. Область применения результатов - прогнозирование равновесных составов образующихся фаз при пирометаллургической переработке промежуточных продуктов и отходов предприятий цветной металлургии.
Бесплатно
Краткое сообщение
Выполнен термодинамический анализ химической системы производства низкоуглеродистого феррохрома алюмотермическим и силикотермическим методом. Оценено влияние расхода каждого восстановителя на извлечение хрома, а также на распределение элементов между металлической и шлаковой фазами.
Бесплатно
Статья научная
Посредством термодинамических расчётов построена поверхность растворимости компонентов в металле (ПРКМ) для системы Cu-AI-O. Результаты расчётов сопоставлены с собственными и литературными экспериментальными данными.
Бесплатно
Статья научная
Посредством термодинамических расчётов построена ПРКМ системы Cu-Ni-S-O, которая может быть использована для анализа имеющихся литературных данных, а также для анализа технологических процессов, связанных с взаимодействием серы и никеля с кислородом в медном расплаве.
Бесплатно
Статья научная
Посредством термодинамических расчётов построена ПРКМ системы Cu-S-O, которая может быть использована для анализа имеющихся литературных данных, а также для анализа технологических процессов, связанных с взаимодействием серы с кислородом в медном расплаве. Работа проведена по научной программе Федерального агентства по образованию - «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», код проекта - 375 и при поддержке РФФИ, грант № 07-08-00365.
Бесплатно
Статья научная
Выполнено термодинамическое моделирование процессов взаимодействия циркония и кислорода, растворенных в жидкой меди. Установлено, что компоненты системы Cu 2O-ZrO 2 сопряжены с жидким металлическим расплавом в системе Cu-Zr-O. С использованием данных о температурах и теплотах плавления оксидов Cu 2O и ZrO 2, а также положений субрегулярных ионных растворов и совершенных ионных растворов определены координаты линии ликвидус диаграммы состояния системы Cu 2O-ZrO 2. Расчет активностей оксида меди и оксида циркония показал, что и в области существования оксидного расплава имеют отрицательное отклонение от закона Рауля. Для интервала температур 1100-1300 °С построена поверхность растворимости компонентов в металле (ПРКМ) системы Cu-Zr-O. В ходе моделирования установлена температурная зависимость параметра взаимодействия первого порядка по Вагнеру в медном расплаве. Определены составы металлического расплава, равновесного с чистыми твердыми оксидами Cu 2O и ZrO 2, а также составы металлического расплава, равновесного с оксидным расплавом. Также определены линии трехфазных равновесий («жидкий металл - оксидный расплав - твердый оксид Cu 2O»; «жидкий металл - оксидный расплав - твердый оксид ZrO 2»; «жидкий металл - твердый оксид Cu 2O - твердый оксид ZrO 2») и точка четырехфазного равновесия «жидкий металл - оксидный расплав - твердый оксид Cu 2O - твердый оксид ZrO 2». На ПРКМ нанесены изотермы растворимости кислорода в жидкой меди и определен максимум раскислительной способности циркония. Установлена высокая раскислительная способность циркония в расплавах на основе меди.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время получение высококачественных конструкционных материалов вплотную связано с отработкой технологий микролегирования и модифицирования стали сплавами щелочноземельных (ЩЗМ) и редкоземельных (РЗМ) металлов в агрегате печь-ковш. Рационально подобранные композиции рафинирующих и модифицирующих добавок позволяют повлиять на микроструктуру металла, увеличить прочность и пластичность стального проката, повысить хладостойкость и коррозионную стойкость стали, а также глобуляризировать неметаллические включения, резко сократить их количество и размер. Считается, что наиболее эффективными модификаторами являются комплексные сплавы, содержащие наряду с кальцием барий и стронций. Модифицирующая способность ЩЗМ в жидком железе увеличивается в ряду Ca, Sr, Ba, следовательно, по модифицирующей способности кальций уступает стронцию и барию. В то же время процессы раскисления стали сплавами, содержащими ЩЗМ, особенно раскисление стронцием, изучены недостаточно. Для разработки научно обоснованных составов рафинирующих сплавов для раскисления и модифицирования необходимо проведение расчетов, позволяющих оценить, в частности, раскислительную способность щелочноземельных элементов, в том числе и стронция. В данной работе с использованием метода построения поверхностей растворимости компонентов (ПРКМ) рассматривается рафинирующее действие стронцийсодержащих сплавов. Выполнены расчеты по построению диаграммы состояния системы FeO-SrO-CaO и ПРКМ системы Fe-Sr-Ca-O-С. По результатам расчета показано, что при одновременном присутствии кальция и стронция в жидком железе реализуется комплексный механизм раскисления с образованием в качестве неметаллических включений частиц твердого раствора оксидов |SrO, CaO(FeO)|тв.р с минимальным содержанием оксида железа (порядка 0,001 мас. %).
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Термодинамический анализ распределения серы при ЭШП стали 12Х1МФ под доменным шлаком
Статья научная
С помощью программного комплекса Terra выполнен термодинамический анализ поведения серы при ЭШП стали 12Х1МФ. В качестве компонента флюса использован доменный шлак, содержащий 40…45 % SiO2; 40…42 % CaO; 10…12 % Al2O3; 8…9 % MgO и 1,5…2 % серы в виде CaS. Показано, что при отсутствии CaS во флюсе в процессе ЭШП происходит десульфурация металла, причем по мере наплавления слитка степень десульфурации уменьшается. Однако переплав под флюсами, содержащими от 1 до 5 % СаS, приводит к переходу серы из шлака в металл, при этом повышается содержание кремния (на 0,1…0,2 %) и алюминия (на 0,001…0,002 %) в металле, а в шлаке снижается количество CaS и увеличивается - CaO. Установлено, что в результате перехода серы флюса в наплавленный металл, распределение её по высоте слитка неоднородно. Содержание серы в нижней части слитка выше, чем в верхней части. В связи с этим, перед использованием доменного шлака в качестве компонента флюса ЭШП требуется подвергнуть его предварительной десульфурации.
Бесплатно
Термодинамический анализ распределения элементов между металлическим и шлаковым расплавами
Статья обзорная
Бесплатно
Термодинамический анализ рафинирования расплава железа от цинка
Краткое сообщение
Расчетным методом термодинамического анализа оценивается возможность удаления цинка из расплава железа при переплаве оцинкованного стального лома.
Бесплатно
Термодинамический анализ реакции водяного газа
Статья научная
Возможные равновесные концентрации водяного газа и концентрации газа, полученного нагреванием смесей Н 2 - СО 2 и Н 2О - СО разных составов, представлены номограммами. Номограммы позволяют определить кислородный потенциал газовой фазы и условия восстановления оксидов металлов.
Бесплатно
Статья научная
Выполнен термодинамический анализ процессов взаимодействия бора, растворенного в жидкой стали, с компонентами металлического расплава: кислородом, алюминием, кальцием, магнием и углеродом. В работе, опираясь на результаты расчетов линий ликвидус для двойных диаграмм и поверхностей ликвидус для тройных оксидных диаграмм состояний с B 2O 3, разработана методика построения поверхностей растворимости компонентов в жидкой борсодержащей стали. Установлено, что марганец и кремний не способны блокировать окисление вводимого в сталь бора. В этом случае в основном бор при взаимодействии с кислородом, марганцем и кремнием образует жидкие оксидные (шлаковые) неметаллические включения. Кальций также не является эффективным защитником. Алюминий и магнийсодержащие лигатуры способны предотвратить окисление введенного в сталь бора и таким образом позволить стабилизировать технологию получения сталей, модифицированных бором. При тысячных долях процентов алюминия и магния исключается возможность взаимодействия растворенного в стали бора с оставшимся в стали кислородом. Для того чтобы сохранить в стали достаточное количество «эффективного бора», необходимо также разработать и эффективную систему деазотации стали за счет введения нитридообразующих элементов и вакуумирования.
Бесплатно
Термодинамический анализ системы H2 - O2 - C
Статья научная
В гетерогенной смеси «Н2 - О2 - С» при повышенных температурах в результате протекания реакций окисления, ре акции водяного газа и двух реакций газификации углерода об разуется газовая смесь (H2 - H2O - CO - CO2). В работе выполнен термодинамический анализ возможных процессов, протекающих при температурах 700-1500 К в системе «Н2 - О2 - С». Определены равновесные параметры получающихся газовых композиций - их состав и окислительно-восстановительнные свойства. В любой газовой смеси, содержащей H2O и (или) CO2, весьма низкую концентрацию кислорода, образующегося в результате диссоциации H2O и CO2, принято определять величиной атм). При заданном общем давлении эта величина рассчитывается по составу газовой смеси и справочной информации по реакциям диссоциации H2O или CO2. Результаты выполненного анализа представляются двумя номограммами. Такие номограммы, во-первых, являются наглядным, альтернативным табличному, способом представления весьма обширной информации по свойствам сложных газовых атмосфер. Во-вторых, с использованием номограмм и справочной информации по упругостям диссоциации оксидов металлов можно оценить параметры восстановления этих оксидов. В бинарных газовых смесях (CO - CO2) и в водяном газе (H2 - H2O - CO - CO2) при определенных сочетаниях состава и температуры возможно образование сажистого углерода. Этим объясняется существование ограничений при температурах ниже ~ 1100 К в получении водяного газа с любыми концентрациями компонентов. Возможны различные по технологической и экономической целесообразности способы получения газовых смесей. В частности, при нагревании паров воды в контакте с избытком углерода до ~ 1100 К получается практически чистая эквимолярная смесь (H2 - CO) с высоким восстановительным потенциалом. Введение в эту систему водорода позволяет получить газовые смеси с чрезвычайно низким давлением кислорода, и это делает термодинамически возможным восстановление оксида любого металла. Проанализирована целесообразность представления полученной информации трехмерной диаграммой, построенной на концентрационном треугольнике «Н2 - О2 - С». Учет реакций образования метана приводит к заметным изменениям равновесных параметров газовых смесей лишь при температурах ниже примерно 900 К.
Бесплатно
Термодинамический анализ системы железо-сера
Статья научная
Проведен термодинамический анализ, рассчитан комплекс равновесных фаз и построена диаграмма состояния системы Fe-S.
Бесплатно
Термодинамический анализ системы железо-хромазот
Статья научная
С использованием подрешеточной модели проведен термодинамический анализ трехкомпонентной системы железо-хром-азот. Результаты расчета равновесных состояний системы представлены в виде изотермических сечений и фазовых диаграмм. Рассчитаны и построены политермические разрезы с постоянным значением концентрации хрома и активности азота в сплаве.
Бесплатно
Термодинамический анализ системы хром-никель-азот
Статья научная
С использованием подрешеточной модели проведен термодинамический анализ трехкомпонентной системы хром-никель-азот. Результаты расчета равновесных состояний системы представлены в виде изотермических сечений и фазовых диаграмм. Рассчитаны и построены политермические разрезы фазовых диаграмм с постоянным значением концентрации хрома и активности азота в сплаве.
Бесплатно
Термодинамический анализ условий образования карбида кремния в сложных металлических расплавах
Статья научная
Системы вида Mе-Si-C, включающие металлический расплав, являются основой перспективной методики выращивания монокристаллов карбида кремния. Потребности развития такого рода технологий диктуют необходимость поиска составов металла с относительно низкими температурами плавления, которые при этом сохраняли бы способность растворять кремний и углерод в существенных количествах. Усложнение составов металлического расплава на основе элементов подгруппы железа позволяет достигать требуемого эффекта. Для поиска новых составов относительно легкоплавких металлических расплавов - катализаторов роста кристаллов карбида кремния - целесообразно использование проекций поверхностей ликвидуса систем Fе-(…)-Si-C. Целью настоящей работы стало проведение термодинамического моделирования систем вида Fе-(…)-Si-C для определения возможностей понижения температуры металлического расплава, равновесного с карбидом кремния. Для термодинамического моделирования использован блок Phase Diagram программного пакета FactSage (версия 6.4) производства Thermfact (Канада) и GTT Technologies (Германия). В ходе настоящей работы рассчитаны координаты поверхностей ликвидуса для систем Fe-Ni-Si-C, Fe-Co-Si-C, Fe-Mn-Si-C и Fe-Ni-Co-Mn-Si-C. Представленные в форме поверхностей ликвидуса фазовые диаграммы позволяют не только определить состав металла с минимальной температурой плавления, но и наглядно представить диапазоны концентраций и температур, для которых равновесным продуктом взаимодействия компонентов металла будет являться SiC. Это особенно полезно с точки зрения выбора режима процесса выращивания кристаллов карбида кремния.
Бесплатно
