Предыдущая страница реферата | 3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13 | Следующая страница реферата

Таблица 2 - Термодинамические уравнения раскисления и легирования
|Уравнение реакции|Константа |Зависимость |Изменение |
| |равновесия К |логарифма |свободной |
| | |константы |энергии реакции |
| | |равновесия lg К |(F |
| | |от температуры | |
|1 |2 |3 |4 |
|[Fe] + [O] = |aFeO/[%O] |6320/T – 2.734 |- 28900 + 12.51 |
|[FeO] | | |* T |
|[Mn] + [O] = |aMnO/([%Mn] * [%O])|12760/T – 5.68 |- 58400 + 26 * T|
|[MnO] | | | |
|[Si] + 2 * [O] = |aSiO2/([%Si] * |31000/T – 12 |- 142000 + 55 * |
|[SiO2] |[%O2]) | |T |
|1 |2 |3 |4 |
|2 * [Al] + 3 * |aAl2O3/([%Al2] * |57460/T – 20.48 |- 262800 + 93.7 |
|[O] = [Al2O3] |[%O3]) | |* T |
|Для шлака из FeO |MnO/([%Mn] * [%FeO]|6440/T – 2.95 |- 29500 + 13.5 *|
|+ MnO: | | |T |
|[Mn] + [FeO] = | | | |
|[MnO] + [Fe] | | | |

Неметаллические включения, присутствующие в стали, обладают отличительными от основного металла физическими свойствами. Нарушая сплошность металла, включения вызывают местные концентрации напряжений, которые особо опасны на рабочей шлифовальной поверхности изделий.
Неметаллические включения размером 20 мкм и более резко влияют на контактную усталость металлов. Сильное влияние неметаллические включения оказывают на износостойкость стали, являются причиной разрушения и выхода из строя подшипников качения, являются причиной возникновения межкристаллического излома металла. В некоторых случаях неметаллические включения придают металлу полезные свойства: сульфидные и фосфидные включения придают металлу хрупкость, и стружка легко обламывается. Для получения стали высокого качества содержание неметаллических включений должно быть не более 0.005-0.006% и даже меньше.

2.1.1 Раскисление марганцем

Марганец – сравнительно слабый раскислитель и не обеспечивает снижение окисленности металла до требуемых пределов, однако большее или меньшее количество марганца вводят в металла при выплавке стали многих марок. Это объясняется рядом достоинств марганца: положительная роль в борьбе с вредным действием серы, положительное влияние на прокаливаемость стали и ее прочность, малое значение межфазного натяжения на границе металл - образующееся включение оксид марганца (MnO), в результате чего облегчаются условия выделения включений и возрастает скорость раскисления. При введении марганца в чистое, но содержащее кислород железо образуется MnO, который создает с закисью железа (FeO) непрерывный ряд растворов mFeO * nMnO. В сталях наряду с марганцем всегда содержится углерод, при этом окисленность металла определяется или марганцем (при низких содержаниях углерода), или углеродом (при высоких содержаниях углерода), или марганцем и углеродом одновременно. Марганец вводят в металл в конце плавки (часто в ковш) в виде сплава марганца с железом (ферромарганца). Различные сорта ферромарганца содержат различное количество углерода (1-7%), приблизительно 75% марганца и некоторое количество кремния. В тех случаях когда необходимо выплавить сталь с очень низким содержанием углерода, используют металлический марганец. Применение его ограничено высокой стоимостью. Реакция раскисления стали марганцем представлена в табл. 2.

2.1.2 Раскисление кремнием

Кремний применяют в качестве раскислителя при производстве спокойных марок сталей, что обусловлено его высокой раскислительной способностью и благотворным влиянием на характер неметаллических включений. При введении в жидкий металл кремния образуются или жидкие силикаты железа, ил кремнезем.
Кремний гораздо более сильный раскислитель, чем марганец: при 0.02% кремния в металле содержится не более 0.01% кислорода. При наличии в агрегате основного шлака, образующийся при введении кремния, кремнезем взаимодействует с основными оксидами шлака, и активность оксида кремния становится очень малой, соответственно, растет раскислительная способность кремния. Однако образующиеся силикаты хорошо смачивают железо, поэтому удаление силикатных включений из металла связано с определенными трудностями. Если металл, раскисляемый кремнием, содержит некоторое количество марганца, то в составе образующихся силикатов будут также и оксиды марганца. Кремний в металл вводится в виде сплава кремния с железом
(ферросилиция). Совместно с марганцем кремний вводят в сталь в виде силикомарганца.

2.1.3 Раскисление алюминием

Алюминий – более сильный раскислитель, чем кремний. При введении алюминия металле остается ничтожно малое количество растворенного кислорода. Алюминий, введенный в избытке, может взаимодействовать не только с растворами более слабых раскислителей (с оксидом марганца, кремния). При введении алюминия в железо, содержащее кислород, может образовываться либо чистый глинозем (при большом содержании оксида алюминия), либо гипшель FeO
* Al2O3 (герцинит), температура плавления которого составляет 2050(С.
Высокие значения межфазного натяжения на границе металл – включение глинозема, то есть малая смачиваемость таких включений металлом, облегчают процесс отделения этих включений от металла. Образование в стали при раскислении алюминием мелких включений глинозема и нитрида алюминия влияют на протекание процесса кристаллизации, в частности, на размер зерна: чем больше введено алюминия, тем мельче зерно. Введенный в металл алюминий взаимодействует с серой (при большом расходе алюминия) и азотом.
Образование в процессе кристаллизации нитрида алюминия способствует снижению вредного влияния азота и уменьшению эффекта старения стали.
Алюминий вводят в металл в виде брусков (чушек) алюминия или в виде сплавов.

Учитывая выше написанное, можно сделать вывод о сложности трудности проведения процесса раскисления и легирования, который заключается в выборе вида раскислителя, его массы, а также условий и времени подави раскислителя в металл. Даже небольшие отклонения процесса выплавки стали могут вызвать сильное окисление легирующего элемента-раскислителя (угар) либо чрезмерно высокое его содержание в готовой стали, что плохо для свойств стали.

2.2 Разработка математической модели для целей исследования технологии

В качестве модели процесса раскисления и легирования возьмем модель расчета масс ферросплавов, подаваемых на предстоящую плавку, с учетом прогнозирования угоревших масс элементов в них по данным предыдущих плавок.
Полученные в результате массы ферросплавов подаются на текущею плавку и обеспечивают заданный химический состав готовой стали. Модель можно представит в следующем виде (рис.3).

[pic]

Рисунок 3 - Блок-схема модели расчета масс ферросплавов

Изображенная блок-схема модели расчета масс определяет те массы ферросплавов, которые и являются рекомендацией на предстоящую плавку.

Для каждой марки стали определена базовая угоревшая масса элементов
(марганца, кремния), то есть средняя величина угара элемента в условиях раскисления металла в данном цехе. Марки стали, имеющие близкие значения базовых угоревших масс элемента, объединены в группы. Различие угоревших масс элементов по группам сталей свидетельствует о том, что предыстория плавки может быть непрерывной только внутри групп, а при переходах от одной группы сталей к другой она прерывается. Для сохранения непрерывности предыстории плавки с целью максимального извлечения информации из предыдущих плавок используется понятие эквивалентной окисленности плавки, которая рассчитывается по формуле:

[pic] (1) где O(i) – полная окисленность i-ой плавки, %;

[pic] - остаточная базовая окисленность для группы сталей, к которой принадлежит i-ая плавка, %;

М1уг(i) – угоревшая масса элемента 1, кг;

1 – порядковый номер элемента (марганца, кремния);

D(i) – коэффициент пересчета угоревших масс элементов в эквивалентную окисленность, отн.ед.; n – количество элементов (марганец, кремний).

Эквивалентная окисленность плавки выравнивается по всем плавкам независимо от группы сталей и прогнозируется для предстоящей плавки при расчете расхода ферросплавов. Расчет эквивалентной окисленности стали на предстоящую плавку производится по формуле (2):

[pic]

где Об(i) – прогнозируемая базовая эквивалентная окисленность, %;

Cn(i), Mnn(i) – прогноз экспресс-анализа стали, %;

C(i), Mn(i), Si(i) – прогноз маркировочного анализа, %; tсл(i), tд(i) – прогноз времени слива и додувки, с;

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: отчет по практике, світ рефератів.





Предыдущая страница реферата | 3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13 | Следующая страница реферата