Расчет растворимости водорода в железе и стали ШХ15



 

Рассчитаем растворимость водорода в железе при Т=16000С по формуле:

 

                                  (4)

 

Затем рассчитаем содержание водорода в стали ШХ-15 после выплавки на ШП.

 

                               (5)

 

Определяем fH:

 

                                 (6)

 

Из базы термодинамических данных выбираем параметры взаимодействия водорода:

             

 

 

 

 

 

 

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
58
ДП-150101-61313111-51  

 

Теперь по формуле (5) вычислим растворимость водорода в

стали ШХ15:

Растворимость водорода в железе и в стали ШХ15 представлена на рисунке 8.

 

 

Рисунок 8 - Растворимость водорода в железе и в стали ШХ-15

 

Рассчитаем по формулам (4) и (5) растворимость водорода в железе при Т=6000С и содержание водорода в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

 

 

Пересчет коэффициентов проводим по формуле:

 

                                (8)

 

             

Теперь по формуле (5) вычислим растворимость водорода в

стали ШХ15:

Рассчитаем по формулам (4) и (5) растворимость водорода в железе при Т=9000С и содержание водорода в стали ШХ-15 после выплавки на ШП:

             

Теперь вычислим растворимость водорода в стали ШХ-15

Рассчитаем по формулам (4) и (5) растворимость водорода в железе при Т=14000С и содержание водорода в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
59
ДП-150101-61313111-51  

             

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
60
ДП-150101-61313111-51  


Определение количества аргона для продувки стали ШХ-15 в ковше при Т=16000С.

Мст=130 т., [H]нач=0,0008%масс, [H]кон=0,0002%масс.

В соответствие с формулой Геллера уравнение, описывающее зависимость концентрации водорода от количества продуваемого аргона VAr, м3 имеет вид:

 

         (8)

 

После интегрирования (Т=16000С) получим:

 

                    (9)

 

Тогда,

Расход аргона на 1 тонну стали:

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
61
ДП-150101-61313111-51  
При таком расходе аргона при продувке в ковше на УПК может быть бурное кипение металла. Поэтому удаление водорода из металла без вакуума практически невозможно.

Для определения количества водорода, удаляемого из металла на этапе вакуумирования задаемся содержанием водорода в начальный [H]нач и конечный [H]кон моменты вакуумирования, а по разнице Δ[H]=[H]нач×[H]кон определяем убыль водорода при обработке.

Принимаем [H]нач=0,0008% масс (8ppm) и [H]кон=0,0002% масс (2ppm), тогда Δ[H]=[H]нач·[H]кон=0,0008-0,0002=0,0006% (6ppm).

Количество удаленного водорода составит:

 

                             (10)

 

 

Расчет растворимости азота в железе и стали ШХ-15

 

Рассчитаем растворимость водорода в железе при Т=16000С по формуле:

 

                                 (11)

 

Затем рассчитаем содержание азота в стали ШХ15 после выплавки на ШП.

 

                               (12)

 

Определяем fN:

 

                                          (13)

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
62
ДП-150101-61313111-51  
Из базы термодинамических данных выбираем параметры взаимодействия азота:

             

Теперь вычислим растворимость азота в стали ШХ15

 

Рассчитаем по формулам (11) и (12) растворимость азота в железе при Т=6000С и содержание азота в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

             

 

Рассчитаем по формулам (11) и (12) растворимость азота в железе при Т=9000С и содержание азота в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

              

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
63
ДП-150101-61313111-51  

 

Рассчитаем по формулам (11) и (12) растворимость азота в железе при Т=14000С и содержание азота в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

             

 

 

Растворимость азота в железе и в стали ШХ15 представлена на рисунке 9.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
64
ДП-150101-61313111-51  

 

Рисунок 9 - Растворимость  азота в железе и в стали ШХ-15

По аналогии с водородом рассчитываем количество аргона для продувки стали ШХ-15 в ковше при Т=16000С.

Мст=130 т., [N]нач=0,008%масс, [N]кон=0,006%масс.

Тогда,

Расход аргона на 1 тонну стали:

Для определения количества азота, удаляемого из металла на этапе вакуумирования задаемся содержанием азота в начальный [N]нач и конечный [N]кон моменты вакуумирования, а по разнице Δ[N]=[N]нач·[N]кон определяем убыль азота при обработке.

Принимаем [N]нач=0,008% масс и [N]кон=0,006% масс, тогда Δ[N]=[N]нач·[N]кон=0,008-0,006=0,002% масс.

 

Количество удаленного водорода составит:

 

                           (14)

 

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
65
ДП-150101-61313111-51  
6.3 Расчет количества и состава неметаллических включений

 

Расчет количества и состава НВ производится по термовременной схеме образования НВ, предложенной Явойским В.И., Вишкаревым А.Ф.

Определяем количество докристаллизационных НВ и их состав исходя из условия раскисления стали с 0,65% С; 0,12% Мп; 0,008% Si; 0,034% S и 0,007% Р, 0,306% Al последовательно FeMn, FeSi, Аl и получением стали состава 1,00% С, 0,28% Мп, 0,23% Si, 0,01% S и 0,011% Р, 0,005% Al.

Содержание кислорода в стали на выпуске из сталеплавильного агрегата равно 0,047% масс.

Тогда при [C]=0,65%, a0=0,00524, [С]=0,00752% масс.

Для заданного химического состава стали находим температуры ликвидус и солидус:

Тликв=1812-[80·0,65+7,5·0,28+20·0,23+34·0,034+34·0,007]=1812-60=1752K (1479 0C).

Tсол=1812-[410·0,65+20·0,28+18,6·0,23+940·0,034+184·0,007]=1812-              -310=1502K (1229 0C).

Определяем количество докристаллизационных НВ:

Раскисление марганцем:

Определяем содержание кислорода, равновесное с 0,28% Mn при Тликв=1752 К:

 

       (15)

 

 

                  (16)

 

Таким образом, присадка в сталь 0,28% Mn приведет к связыванию следующего количества кислорода в процессе раскисления и охлаждения расплава до Тликв:

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
66
ДП-150101-61313111-51  
(17)

 

При этом образуется количество НВ типа MnO:

 

 

Раскисление кремнием:

Определяем содержание кислорода, равновесное с 0,23% Si при Тликв=1752 К.

 

               (18)

 

 

                       (19)

 

Следовательно, при Тликв=1793 К,  и и, таким образом, после внедрения в металл 0,23 % [Si] последовательно за 0,28 % [Mn] в НВ типа SiO2 будет дополнительно связано кислорода:

 и образуется докристаллизационные НВ типа SiO2

Раскисление алюминием:

Определяем содержание кислорода, равновесное с 0,005% Al при Тликв=1752 К:

 

        (20)

 

 

       (21)

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
67
ДП-150101-61313111-51  
При вводе алюминия металл будет глубоко раскислен. Содержание кислорода при этом изменится так:

А количество докристаллизационных НВ типа Al2O3 составит:

Рассчитаем общее количество и состав образующихся докристаллизационных НВ при условии, что процессы взаимодействия растворенного кислорода и элементов-раскислителей проходит последовательно с достижением состояния равновесия между кислородом и введенным элементом раскислителем до ввода последующего раскислителя. Расчет проводится на 1 т стали:

 

                                                                   (22)

 

Состав образующихся докристаллизационных НВ следующий:

 

                  (23)

 

                  (24)

 

                 (25)

 

Далее определяем количество посткристаллизационных НВ.

Рассчитаем количество и состав посткристаллизационных НВ. При температуре ликвидус минимальный уровень концентрации кислорода определяется равновесием с 0,005% Al и составляет  В двухфазной области между Тликв и Тсол изменение концентрации кислорода будет определяться разницей:

 

                                 (26)

 

Рассчитаем значение  по уравнению:

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
68
ДП-150101-61313111-51  
            (27)

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
 Дата
Лист
69
ДП-150101-61313111-51  
При этом

Изменение концентрации кислорода в двухфазной области (Тликв и Тсол) составит:

Т.е. исключительно малую величину, находящуюся на пределе чувствительности измерения с помощью кислородных зондов и анализаторов на кислород типа «ЛЕКО». Количество посткристаллизационных НВ, состоящих только изAl2O3, составит:

 

                (28)

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1136; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!