Поверхностные и объемные свойства железоуглеродистого расплава при взаимодействии с огнеупорной керамикой на основе Al2O3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Методом лежащей капли исследована смачиваемость железоуглеродистым расплавом рельсовой стали огнеупорной керамики на основе Al2O3 в зависимости от длительности выдержки, температуры и состава газовой фазы. Показано существенное изменение краевых углов смачивания (от ~145 до 125–130°) только во время изотермической выдержки при низких температурах. Изучено влияние шероховатости керамической подложки на изменение краевого угла смачивания и показано, что более низкие его значения наблюдаются на шлифованной керамике. Исследованы поверхностное натяжение и плотность расплава рельсовой стали, показано существенное различие значений поверхностного натяжения при нагреве и охлаждении. Отмечено, что в отличие от чистого железа в рельсовой стали наблюдается инверсия температурного коэффициента ∂σ/∂Τ. Рассчитаны значения работы адгезии и показано ее существенное увеличение в первые 30 мин опыта (до значений ~600 мН/м), а затем постепенное возрастание (до ~700 мН/м) независимо от режимов нагрева и охлаждения.

Об авторах

С. Н. Анучкин

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: AnuchkinSN@yandex.ru
Москва

А. А. Александров

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: a.a.aleksandrov@gmail.com
Москва

А. Г. Каневский

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: a.a.aleksandrov@gmail.com
Москва

О. А. Комолова

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: a.a.aleksandrov@gmail.com
Москва

К. В. Григорович

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: a.a.aleksandrov@gmail.com
Москва

Список литературы

  1. Sobczak, N. High-temperature wettability measurements in metal/ceramic systems – Some methodological issues / N. Sobczak, M. Singh, R. Asthana // Current Opinion in Solid State and Mater. Sci. 2005. V.9. P.241–253.
  2. Nakashima, K. Wettability of Al2O3 substrate by liquid iron : effects of oxygen in liquid iron and purity of Al2O3 substrate / K. Nakashima, K. Takihira, K. Mori, N. Shinozaki // Mater. Trans. JIM. 1992. V.33. №10. Р.918–926.
  3. Nogi, K. Wettability of solid oxides by liquid iron alloys under reduced pressure / K. Nogi, K. Ogino, T. Kurachi // Tetsu-to-Hagane. 1988. V.74. №4. Р.648–655.
  4. Найдич, Ю.B. Контактные явления в металлических расплавах / Ю.В. Найдич. – Киев: Наук. Думка, 1972. 196 c. – (Naydich, Yu.V. Contact phenomena in metallic melts / Yu.V. Naydich. – Kyiv : Naukova Dumka, 1972. 196 p. )
  5. Kapilashrami, E. Studies of the wetting characteristics of liquid iron on dense alumina by the X-ray sessile drop technique / E. Kapilashrami, A. Jakobsson, A.K. Lahiri, S. Seetharaman // Met. Mater. Trans. B. 2003. V.34B. P.193–199.
  6. Zhao, L. Interfacial phenomena during wetting of graphite alumina mixtures by liquid iron / L. Zhao, V. Sahajwalla // ISIJ Intern. 2003. V.43. №1. P.1–6.
  7. Shibata, H. Degree of undercooling and contact angle of pure iron at 1933 K on single-crystal Al2O3, MgO, and MgAl2O4 under argon atmosphere with controlled oxygen partial pressure / H. Shibata, Y. Watanabe, K. Nakajima, S. Kitamura // ISIJ Intern. 2009. V.49. №7. P.985–991.
  8. Nogi, K. Wetting phenomena in materials processing / K. Nogi // Tetsu-to-Hagane. 1998. V.84. №1. Р.1–6.
  9. Shen, P. The effect of Al content on the wettability between liquid iron and MgO-Al2O3 binary substrate / P. Shen, L. Zhang, J. Fu, H. Zhou, Y. Wang, L. Cheng // Ceram. Intern. 2019. V.45. P.11287–11295.
  10. Xuan, C. Wettability of Al2O3, MgO and Ti2O3 by Liquid Iron and Steel / C. Xuan, H. Shibata, S. Sukenaga, P.G. Jönsson, K. Nakajima // ISIJ Intern. 2015. V.55. №9. P.1882–1890.
  11. Fruhstorfer, J. Erosion and corrosion of alumina refractory by ingot casting steels / J. Fruhstorfer, L. Schöttler, S. Dudczig, G. Schmidt, P. Gehre, C.G. Aneziris // J. Europ. Ceram. Soc. 2016. V.36. P.1299–1306.
  12. Шварц, К. Изучение проникновения жидкого металла в продувочные пробки / К. Шварц, О. Краус // Огнеупоры и техническая керамика. 2013. №4–5. С.52–56. – (Shvarts, K. Study of liquid metal penetration into purge plugs / K. Shvarts, O. Kraus // Refractories and technical ceramics. 2013. №4–5. P.52–56.)
  13. Анучкин, С.Н. Взаимодействие огнеупорной керамики на основе Al2O3 с железоуглеродистым расплавом / С.Н. Анучкин, А.А. Александров, А.Г. Каневский, С.Б. Румянцева, К.В. Григорович, Н.С. Съемщиков // Металлы. 2024. №5. С.28–36. – (Anuchkin, S.N. Interaction of the Al2O3-based refractory ceramics with the iron-carbon melt / S.N. Anuchkin, A.A. Aleksandrov, A.G. Kanevskiy, S.B. Rumyantseva, K.V. Grigorovich, N.S. S`yomshchikov // Metally. 2024. №5. P.28–36.)
  14. Анучкин, С.Н. Исследование поверхностных свойств расплавов на основе никеля методом большой капли. I. Поверхностное натяжение / С.Н. Анучкин, В.Т. Бурцев, М.В. Загуменников, В.В. Сидоров, В.Е. Ригин // Металлы. 2010. №1. С.15–20. – (Ahuchkin, S.N. Study of the surface properties of nickel-based melts by the constrained drop method. I. Surface tension / S.N. Ahuchkin, V.T. Burtsev, M.V. Zagumennikov, V.V. Sidorov, V.E. Rigin // Russian Metallurgy (Metally). 2010. №1. P.13–17.)
  15. Krylov, A.S. Software package for determination of surface tension of liquid metals / A.S. Krylov, A.V. Vvedensky, A.M. Katsnelson, A.F. Tugovikov // J. Non-Crystalline Solids. 1993. V.845. P.156–158.
  16. Найдич, Ю.В. Метод «большой капли» для определения поверхностного натяжения и плотности расплавленных металлов при высоких температурах / Ю.В. Найдич, В.И. Еременко // ФММ. 1961. Т.11. №6. С.883–888. – (Naydich, Yu.V. The «large drop» method for determining the surface tension and density of molten metals at high temperatures / Yu.V. Naydich, V.I. Eremenko // Metal Phys. Mater. Sci. 1961. V.11. №6. P.883–888.)
  17. Yan, W. Wettability phenomena of molten steel in contact with alumina substrates with alumina and alumina-carbon coatings / W. Yan, A. Schmidt, S. Dudczig, T. Wetzig, Y. Wei, Y. Li, S. Schafföner, C.G. Aneziris // J. Europ. Ceram. Soc. 2018. V.38. P.2164–2178.
  18. Аникеев, А.Н. Изучение угла смачивания оксида алюминия высокоуглеродистым расплавом железа / А.Н. Аникеев, Ф. Валенза, А. Пассероне, И.В. Чуманов / Электрометаллургия. 2017. №4. С.6–12. – (Anikeev, A.N. Angle of wetting of aluminum oxide with a high-carbon iron melt / A.N. Anikeev, F. Valenza, A. Passerone, I.V. Chumanov // Russian Metallurgy (Metally). 2017. №6. P.477–482.)
  19. Shen, P. Wettability between liquid iron and tundish lining refractory / P. Shen, L. Zhang, Y. Wang // Met. Res. Tech. 2016. V.113. P.1–12. Art.503.
  20. Бурцев, В.Т. Взаимодействие экзогенных тугоплавких нанофаз с сурьмой, растворенной в жидком железе / В.Т. Бурцев, С.Н. Анучкин, А.В. Самохин // Металлы. 2017. №4. С.27–35. – (Burtsev, V.T. Interaction of exogenous refractory nanophases with antimony dissolved in liquid iron / V.T. Burtsev, S.N. Anuchkin, A.V. Samokhin // Russian Metallurgy (Metally). 2017. №7. P.561–568.)
  21. Ниженко, В.И. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов / В.И. Ниженко, Л.И. Флока. – М. : Металлургия, 1981. 208 с. – (Nizhenko, V.I. Surface tension of liquid metals and alloys / V.I. Nizhenko, L.I. Floka. – M. : Metallurgiya, 1981. 208 p.)
  22. Mills, K.C. Review of surface tension data for metallic elements and alloys. Pt.1. Pure metals / K.C. Mills, Y.C. Su // Intern. Mater. Rev. 2006. V.51. №6. P.329–351.
  23. Keene, B.J. Review of data for the surface tension of pure metals / B.J. Keene // Intern. Mater. Rev. 1993. V.38. №4. P.157–192.
  24. Nogi, K. The temperature coefficient of the surface tension of pure liquid metals / K. Nogi, K. Ogino, A. McLean, W.A. Miller // Met. Trans. B. 1986. V.17B. P.163–170.
  25. Басин, А.С. Плотность и структура жидкого железа от плавления до критической точки. 1. Экспериментальные данные о плотности / А.С. Басин // Расплавы. 1995. №6. С.12–22. – (Basin, A.S. Density and structure of liquid iron from melting to the critical point. 1. Experimental data on density / A.S. Basin // Melts. 1995. №6. P.12–22.)
  26. Филиппов, К.С. Исследование структурных свойств рельсовой стали в жидком и твердом состоянии / К.С. Филиппов, В.И. Кашин // Расплавы. 1997. №3. С.20–22. – (Filippov, K.S. Study of structural properties of rail steel in liquid and solid states / K.S. Filippov, V.I. Kashin // Melts. 1997. №3. P.20–22.)
  27. Dubberstein, T. Surface tension and density data for Fe-Cr-Mo, Fe-Cr-Ni, and Fe-Cr-Mn-Ni steels / T. Dubberstein, H.-P. Heller, J. Klostermann, R. Schwarze, J. Brillo // J. Mater. Sci. 2015. V.50. P.7227–7237.
  28. Зимон, А.Д. Адгезия жидкости и смачивание / А.Д. Зимон. – М. : Химия, 1974. 416 с. – (Zimon, A.D. Adhesion of liquid and wetting / A.D. Zimon. – M. : Chemistry, 1974. 416 p.)
  29. Cheng, L. Wettability between 304 stainless steel and refractory materials / L. Cheng, L. Zhang, Y. Ren // J. Mater. Res. Tech. 2020. V.9. №3. P.5784–5793.
  30. Prokof’eva, E.A. The chemical composition and porosity of refractories as factors in their wettability with carbon steel / E.A. Prokof’eva, N.U. Ioff // Refractories. 1975. V.16. P.174–177.
  31. Zhukovskaya, A.E. How corundum refractories are wetted by molten steel / A.E. Zhukovskaya, A.A. Kortel’, E.A. Sherman, E.A. Prokof’eva, T.P. Korableva // Refractories. 1982. V.23. P.504–507.
  32. Fukami, N. Wettability between porous MgAl2O4 substrates and molten iron / N. Fukami, R. Wakamatsu, N. Shinozaki, K. Wasai // Mater. Trans. 2009. V.50. №11. P.2552–2556.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025