Теоретические и экспериментальные исследования физико – химических свойств шлаков системы СаО-SiO2-Al2O3-MgO-Ce2O3 в зависимости от основности и содержания Ce2O3

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-29-00975

НазваниеТеоретические и экспериментальные исследования физико – химических свойств шлаков системы СаО-SiO2-Al2O3-MgO-Ce2O3 в зависимости от основности и содержания Ce2O3

Руководитель Уполовникова Алена Геннадьевна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-204 - Равновесие и кинетика процессов в химически реагирующих системах

Ключевые слова Шлак, оксид церия, метод симплексных решеток планирования, вязкость, межфазное распределение церия, серы и окисленность металла

Код ГРНТИ53.03.05

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время стали по объему производства и потребления значительно опережают сплавы легких и цветных металлов, полимеры и другие альтернативные конструкционные материалы. Это обусловлено не только доступностью и широкой распространенностью железных руд, относительной простотой и невысокой энергоемкостью производства, но и быстрым ростом комплекса показателей уровня и стабильности технологических, служебных свойств и качественных характеристик сталей при одновременном снижении затрат на их производство. Перспективным направлением улучшения комплекса свойств и качественных характеристик готовой металлопродукции, в том числе трудно сочетаемых, является разработка эффективных технологических приемов управления типом, количеством, размером, морфологией и распределением по объему металла оксидных, сульфидных и комплексных неметаллических включений. Одним из факторов регулирования количества, морфологии и распределения по объему металла сульфидных включений является содержание серы. Для организации производства стали с низким (до 0,003 – 0,005%) содержанием серы процесс десульфурации осуществляют на установках ковш – печь с формированием высокоосновных шлаков системы СаО-SiO2-Al2O3 с добавление плавикового шпата. Однако кратковременное действие плавикового шпата на физико – химические свойства шлаков не обеспечивает высокой эффективности десульфурации стали, а экологическая вредность плавикового шпата в совокупности с формированием «самораспадающихся» шлаков значительно усугубляют экологическую обстановку. Закономерное стремление к достижению предельно низких содержаний серы в металле требует глубокого его раскисления алюминием. При этом одним из основных оксидных включений в стали является корунд (Al2O3), который ухудшает свойства стали и приводит к «зарастанию» внутренней поверхности погружного стакана при непрерывной разливке. Это негативное влияние корунда в стали может быть нейтрализовано путем его удаления в формируемый на установке ковш – печь основной жидкоподвижный шлак за счет снижения активности Al2O3. Однако на практике чрезмерное повышение основности рафинировочного шлака для снижения активности Al2O3 сопровождается, как правило, гетерогенизацией шлака, повышением температуры его плавления и снижением рафинирующих свойств. Одним из перспективных направлений снижения коэффициента активности Al2O3 в основных рафинировочных шлаках может быть использование РЗМ. Например, присадки на высокоосновные рафинировочные шлаки оксида церия обеспечивает снижение температуры их плавления и повышение жидкоподвижности, снижения коэффициента активности Al2O3 и конечного общего содержания кислорода в стали, увеличение коэффициента межфазного распределения серы и снижение коэффициента межфазного распределения церия. В планируемой работе фундаментальные исследования физико – химических свойств шлаков системы СаО-SiO2-Al2O3-MgO-Ce2O3 в зависимости от основности и содержания Ce2O3, включающие изучение вязкости, температуры кристаллизации, структуры, фазового состава шлаков изучаемой оксидной системы, термодинамическое моделирование равновесного межфазного распределения серы и церия, уровня раскисления стали за время выдержки ее под рафинировочным шлаком, являются актуальными, направленными на решение приоритетных задач развития металлургического комплекса страны - повышение комплекса свойств и качественных характеристик готовой металлопродукции. Впервые, используя результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в объеме планируемого проекта будут получены новые данные о влиянии содержания оксида церия и основности шлаков изучаемой оксидной системы на вязкость, температуру кристаллизации, структуру, фазовый состав шлаков изучаемой оксидной системы, равновесное межфазное распределение серы и церия, уровень раскисления стали за время выдержки ее под рафинировочным шлаком, обобщение результатов которых позволит разработать составы рафинировочных шлаков, содержащих оксид церия, обеспечивающих высокий комплекс свойств и качественных характеристик стали.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. Влияние основности на фазовый состав, вязкость и температуру кристаллизации сталеплавильных шлаков, содержащих Ce2О3 Materials. Technologies. Design, Т.4. № 3(9). С.50-56 (год публикации - 2022)
10.54708/26587572_2022_43950

2. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. Влияние оксида церия на физико-химические свойства шлаков СаО-SiO2-Al2O3-MgO Сборник трудов Международной научной конференции «Физико-химические основы металлургических процессов» имени академика А.М. Самарина (ФХОМП 2022), Международная научная конференция «Физико-химические основы металлургических процессов» имени академика А.М. Самарина / Сборник трудов конференции: Выкса, 2022. С. 108-112 (год публикации - 2022)

3. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. ПРИМЕНЕНИЕ ОКСИДОВ РЗМ В ШЛАКАХ КОВШЕВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ СТАЛИ Сборник тезисов 2-й Международной научно-практической конференции «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение», 2-я Международная научно-практическая конференция «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение» памяти академика Н.П. Сажина («РедМет-2021»): Сборник тезисов. Москва, 2022. С. 111-112 (год публикации - 2022)

4. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. Влияние основности на фазовый состав, вязкость и температуру кристаллизации сталеплавильных шлаков, содержащих Ce2О3 Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «IV Байкальский материаловедческий форум», Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «IV Байкальский материаловедческий форум» (1–7 июля 2022 г., Улан-Удэ – оз. Байкал): электронное издание. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2022. – с. 577 (год публикации - 2022)
10.31554-978-5-7925-0619-0-2022-4-689

5. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. Equilibrium Content of Cerium in Pipe Steel under CaO-SiO2-Ce2O3-Al2O3-MgO Slag System Materials Science Forum или Key Engineering Materials (год публикации - 2023)

Публикации

1. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ВЯЗКОСТИ ШЛАКОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОКСИД ЦЕРИЯ Металлург, №11, с.1-5 (год публикации - 2023)
10.52351/00260827_2023_11_

2. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. ОКСИДЫ РЗМ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШЛАКОВ КОВШЕВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ СТАЛИ Современные материалы, передовые производственные технологии и оборудование для них (СМППТО – 2023) : сборник тезисов, 30 июня – 2 июля 2023 г., С.-Петербург. – СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2023. – 109 с., с.61-62 (год публикации - 2023)

3. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. Влияние основности на физические свойства церийсодержащих шлаков ковшевой металлургии стали Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия (год публикации - 2024)

4. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. Equilibrium content of cerium in pipe steel under CaO-SiO2-Ce2O3-Al2O3-MgO slag system Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering (год публикации - 2023)

5. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЦЕРИЯ АЛЮМИНИЕМ И КАРБИДОМ КАЛЬЦИЯ ИЗ ЦЕРИЙСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ Расплавы, №1 (год публикации - 2024)

6. Уполовникова А.Г., Шартдинов Р.Р., Сметанников А.Н. ВЛИЯНИЕ ОКСИДА ЦЕРИЯ И ОСНОВНОСТИ ШЛАКОВ НА ИХ ВЯЗКОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРУ НАЧАЛА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ Расплавы, №6, с.634-643 (год публикации - 2023)
10.1134/S0235010623060105