Конвертерлік болат өндіру тәсілі



бет4/10
Дата09.06.2016
өлшемі5.73 Mb.
#123778
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Әк – глиноземді қожбен балқыманы тазалауда, болаттың сапасы агрегат түріне қарамай, жоғарылайтынын көрсетеді. Мысалы, бұрын шарикподшипникті ШХ15 болатын тек сыйымдылығы кішілеу электрдоғалы пеште қорытатын. С.Г.Воинов және т.б. ШХ15 болатын бірінші рет 100 тонналық мартен пешінде қорытып, құрамы орташа есеппен: 53% СаО; 41% Al2O3; 3% MgO; 2% SiO2; 1% FeO қожбен шөміште өңдеді.

Әк – глиноземді қож шегені көмір блоктарынан қаланған электрдоғалы пеште балқытылып алынды. Мөлшері мартендік балқыманың 3,7%–ындай жасанды қожды шөмішке ағызып алып, оған жоғары биіктен балқыманы ағызды (пеш қожы ағызылмайды). Сонда екі фаза бір–бірінде қарқынды араласып, жанасу беті өте ұлғайып, күкіртсіздену мен оттегісіздену реакциялары орын алып, металл емес кірінділер жасанды қожбен ассимиляцияланып, екі фаза қайтадан бөлінеді.

Нәтижесінде әк–глиноземді жасанды қожбен тазартылған мартендік ШХ15 болатының қасиеттері электрдоғалы пеште қорытылған болаттан артық болмаса, кем болған жоқ. Тәжірибелік болатта 0,010%S; 0,012%P; 0,003%O; 0,003%N және металл емес кірінділер мөлшері 0,0041–0,0043%.

Болатты күкіртсіздендіруге құрамы әр түрлі қатты күйдегі қож қоспасы (80–85%СаО; 10–15%CaF2; 5%Na2CO3) да пайдаланылады.

Сонымен, болаттың күкіртсіздену үрдісін ойдағыдай өткізу шарттары мыналар:

1)қождағы СаО оксидінің жоғары активтілігі;

2)қождағы темір оксидтерінің төменгі активтілігі;

3)металл фазасындағы оттегі активтілігінің төмендігі (металдың оттегісіздендірілуі);

4)қождағы күкірт активтілігінің төмендігі (мөлшерінің төмен болуы);

5)жоғары температура;

6)металдың күкіртсіздендіргіш қожбен жанасу ауданының үлкен болуы;

7) болатты шөміште жасанды қожбен өңдеу.
2.7 Болаттағы газ

Болат қорыту барысында газдар (оттегі, сутегі, азот) металл фазасына өтеді:

1) шикіқұрамдық материалдардан;

2) агрегат атмосферасы мен үрлемеден (ауа, оттегі);

3) ферроқорытпа мен қосымша материалдардан;

4) балқыманы шөмішке ағызу мен құймақалыпқа құю кезінде жанасқан атмосферадан.

Болатта газдың көпіршік, қосылыс (оксид, нитрид, гидрид) және ерітінді түрінде болуын, яғни атом, ион немесе қосылыс түрінде енуін, оның металда еруі дейді. Газ бөлшектері сұйық металл бетімен жанасып, абсорбция және газ молекулалары атомдарға ыдырап, металда ериді.

Газдың металда еру жылдамдығы, оның ыдырау жылдамдығы мен сұйық металдағы газ массажылжымымен анықталады. Температура көтерілген сайын газдың металда еруі ұлғаяды, өйткені диффузия коэффициентінің мәні артып әрі металдың тұтқырлығы азаяды.

Болаттағы азот мөлшері үрдіс түріне байланысты, %:

Томастық 0,015–0,020

Бессемерлік 0,010–0,015

Электрдоғалық 0,005–0,010

Мартендік 0,002–0,005

Оттегілі конвертерлік 0,002–0,005


Үрдіс түріне қарай балқымада азоттың еруі мен одан шығу үрдісі әр түрлі. Металдағы газ мөлшері аз болғанның өзінде, болат қасиетіне елеулі әсер етеді. Сондықтан болат қорыту үрдісінде газды металл фазасынан шығару шаралары қарастырылады.

Азот. Газдың темірде еру үрдісінде азот молекулалары атомдарға ыдырайды N2→2[N]. Теңдеудің тепе–теңдік константасы
KN=[N]2/. (2.73)
Осыдан азоттың темірдегі ерігіштігі Сивертс заңы бойынша
[N]=KN. (2.74)
Азоттың темірде ерігіштігіне температура әсер етеді (2.4–сурет). Темір қатты күйден сұйық күйге ауысқанда және темірдің полиморфтік түрленісінде азоттың ерігіштігі секірмелі өзгереді. Азотты –темір, α–және –темірге қарағанда, көбірек ерітеді.


2.4–сурет – Азоттың темірде ерігіштігіне температураның әсері
Болат қорыту температурасында (1450–1600°) азоттың газ фазасынан металл фазасына өту қарқындылығы онша жоғары емес, бірақ өте жоғары температурада, мысалы, балқыманы оттегімен үрлеу зоналарында, азоттың металдағы концентрациясы жоғарылайды.

Азоттың ерігіштігіне балқыма құрамы әсер етеді. Нитридтүзгіш элементтер (Zr, Ti, V, Nb, Cr, Al және т.б.) азоттың темірде ерігіштігін жоғарылатса, C, Si және Ртөмендетеді.

Болат қасиетіне азот әсерінің негізгі себебі: темірдің кристалдануы және –темірдің α–темірге аллотроптік түрленісінде азот ерігіштігінің күрт төмендеуі.

Болатта нитрид түзетін элементтер (Ti, V, Al және т.б.) болмаса, α–темір түзілген соң, азот қатты ерітіндіден темір нитридтері (Fe2 N, Fe4N) түрінде бөлініп шыға бастайды. Бұл үрдіс болат кристалдануы аяқталған соң да жалғасын табады. Бөлінген нитридтер түйіршік шекараларында орналасып, болаттың пластикалық қасиетін төмендетеді, әсіресе соққы тұтқырлығын, сонымен қатар қаттылығы мен беріктігін жоғарылатады. Алюминий немесе ванадий қосылмаған аз көміртекті болатқа тән бұл құбылысты болаттың ескіруі деп атайды.

Болат құрамындағы азот мөлшерін төмендету шаралары мыналар:

1) азоттан таза шикіқұрамдық материалдарды қолдану;

2) балқыманың қайнауын ұйымдастыру (СО көпіршіктері арқылы металдағы азот мөлшерін төмендету);

3) балқыманы үрлеуге азоттан таза оттегіні қолдану;

4) балқыманың жоғары температуралы зоналарын азотты атмосферамен жанастырмау;

5) болатты нитридтүзгіш элементтермен қосындылау;

6) балқыманы инертті газбен үрлеу;

7) балқыманы вакууммен өңдеу.



Сутегі. Сұйық темірде протон (Н+) түрінде болады. Сутегі атомдары (иондары) темірмен ену қатты ерітіндісін түзеді. Сутегінің темірдегі ерігіштігі Сивертс заңы бойынша
[H]=KH (2.75)
Газдың металда ерігіштігіне көптеген факторлар әсер етеді:

1) металдың агрегаттық күйі;

2) температура;

3) қысым;

4) кристалл торының түрі;

5) газ бөлшектерінің мөлшері.

Температура көтерілгенде сутегінің темірдегі ерігіштігі жоғарылайды (2.5–сурет). Сутегінің сұйық темірдегі ерігіштігі, оның қатты күйдегі темірдегі ерігіштігіне қарағанда, жоғары. Темірдің балқу температурасында және α–темірдің γ–темірге аллотроптік түрленісінде сутегінің ерігіштігі секірмелі жоғарылайды. Ғеγ – дің Ғеδ –ге полиморфтік түрлену температурасында газдың ерігіштігі аздап төмендейді.

2.5–сурет – Сутегінің темірде ерігіштігіне температураның әсері


Сутегінің темірдегі ерігіштігіне басқа элементтер әсер етеді. Мысалы, Ti, V және т.б. элементтер сутегінің ерігіштігін арттырса, С, Si, Al – төмендетеді.

Болат қорытудың соңында балқымадағы сутегі мөлшері, үрдіс түріне қарамай, 3–6 см3/100г металға болады. Бұл оның α–темірдегі ерігіштігінен жоғары. Сондықтан кристалдану үрдісінен кейін, сутегі атомдары металл ерітіндісінен құйылманың қуыстарына, тордың ақаулы жерлеріне бөлініп шығып, молекула түзіп, газ күйіне көшеді. Сутегінің осылай бөлініп шығуынан, илемделген металда флокендер деп аталатын, болат қасиетін төмендететін, ішкі жарықшақтар пайда болады. Флокендер құруға негізінен қосындылы болаттар бейім келеді.

Болат қорытудың барысында балқымадағы сутегі мөлшері газ фазасының құрамына, балқыма материалдарындағы сутегі мөлшеріне, көміртегінің тотығу қарқындылығына және т.б. факторларға байланысты. Болаттағы сутегі мөлшерін төмендету шаралары:

1) балқыманы таза оттегімен үрлеу;

2) ылғалсыз төмен материалдарды қолдану;

3) балқыманың қайнауын ұйымдастыру (СО көпіршіктері арқылы металдағы сутегі мөлшерін төмендету);

4) ылғалы төмен ферроқорытпаларды қолдану;

5) балқыманы сирек жерлік элементтермен қосындылау;

6) балқыманы инертті газбен үрлеу;

7) балқыманы вакууммен өңдеу.



2.8 Болаттағы металл емес кірінділер

Металл емес кірінділер деп металдардың (Fe, Si, Mn және т.б.) металл емес элементтермен (O, S, N, H, P) болаттағы қосылыстарын айтады. Олар болаттың механикалық, электртехникалық, антикоррозиялық және т.б. қасиеттерін төмендетеді.

Металл емес кірінділер эндогендік және экзогендік болып бөлінеді. Сұйық және қатты күйдегі болатта орын алатын реакциялардың нәтижесінде түзілетін металл емес кірінділерді эндогендік деп атайды. Отқатөзімді материалдар мен қождан кірген кірінділерді экзогендік деп атайды. Химиялық құрамы бойынша кірінділерді мына топтарға бөледі:

1) оксидтер (FeO, SiO2, MnO, Al2O3 және т.б.);

2) сульфидтер (FeS, MnS және т.б.);

3)фосфидтер (Fe2P, Mn5P2 және т.б.);

4)нитридтер (AlN, VN, Si3N4 және т.б.);

5)карбидтер (Fe3C,VC,TiC және т.б.);

6)күрделі құрамды (силикаттар, оксисульфидтер және т.б.).

Пішіні және металл көлемінде орналасуы бойынша металл емес кірінділер бөлінеді:

1)түйіршіктер шекарасында жұқа қабыршақ түрінде орналасқан;

2) үшкір, қырлы әрі ретсіз орналасқан;

3) сфералы пішінді ретсіз орналасқан;

4) субмикроптық (уақ) біркелкі орналасқан.

Эндогендік металл емес кірінділер түзілу уақыты бойынша бөлінеді:

1) бірінші реттік;

2) екінші реттік;

3) үшінші реттік;

4) төртінші реттік.

Бірінші реттік эндогендік металл емес кірінділер балқыманы оттегісіздендіру үрдісінде ферроқорытпалардың оттегімен әрекеттесуінде түзіледі. Екінші реттік кірінділер оттегісіздендіру температурасынан кристалдану температурасына дейін болаттың салқындау кезінде түзіледі. Температураның төмендеу барысында реакция өнімдерінің болатта ерігіштігі азаяды. Үшінші реттік кірінділер болаттың кристалдану үрдісінде, оттегі, күкірт және т.б. зиянды элементтердің, олардың әрекеттесу өнімдерінің ерігіштігі күрт төмендеген кезде түзіледі. Төртінші реттік кірінділер кристалданған болаттың салқындау, яғни түзілген түрлі химиялық қосылыстардың темірдегі ерігіштігінің төмендеген кезінде түзіледі.

Металл компоненттерінің әрекетінен кірінділердің түзілуі және температура төмендеуден ерігіштік азайғанда, олардың бөлініп шығуы, жаңа фазаның түзілу үрдісіне байланысты. Неғұрлым металл – кірінді фаза аралық керілісі аз және қанығу дәрежесі жоғары болса, соғұрлым жаңа фаза өскіндерінің түзілу қарқындылығы жоғары. Егер балқымада дайын бөліну беттері болса, онда кіріндінің түзілу үрдісі жеңілдейді. Көпшілік жағдайда кірінділер балқымадағы баяу балқитын кірінділердің беттерінде түзіледі.

Балқыманың араласу қарқындылығына байланысты, ондағы кірінділер де қозғалыста болып бір–бірімен соқтығысып, олардың коагуляциялануы (жабысуы) және коалесценциялануы (толымды бірігуі) орын алады.

Фаза аралық керіліс күші кірінділердің бірбірімен қосылып іріленуінің қозғаушы күші болып табылады. Металлкірінді фаза аралық керілісінің шамасы, соқтығысқан екі кіріндінің фаза аралық керілісінен едәуір жоғары, яғни металдың кіріндіге жұғушылығы, кірінділердің бірбіріне жұғушылығынан нашар. Кірінділердің бір–біріне адгезиясы, металл мен кіріндінің адгезиясынан, жоғары. Неғұрлым кірінділердің фаза аралық керілісі аз болса, соғұрлым кірінділердің іріленуі жеңілдірек.

Металл емес кірінділер металдан жеңіл болған соң, гравитациялық күш әсерінен, олар металл бетіне қалқып шығуы тиіс. Стокс формуласы бойынша кіріндінің көтерілу жылдамдығы

gr (2.76)

мұндағы  – кіріндінің радиусы;

м – металл тығыздығы;

 – кірінді тығыздығы;

 – металл тұтқырлығы.


Неғұрлым кірінді мөлшері үлкен, металл тұтқырлығы аз, металл мен кірінді тығыздықтарының айырмасы көбірек болса, соғұрлым кірінділердің қалқып шығу жылдамдығы жоғары.

Стокс формуласы металлкірінді фаза аралық керілісін, кірінділердің броундық күш және конвективтік ағын әсерінен қозғалысын ескермейді, сондықтан да тәжірибелік деректермен сай келе бермейді.

Металл бетіне қалқып шыққан кірінді қожбен жанасып, ассимиляция үрдісі орын алуы керек. Неғұрлым металл – кірінді фаза аралық керілісінің шамасы үлкен, ал қож – кірінді фаза аралық керілісі аз болса, соғұрлым кіріндінің қож фазасына өтуі жеңілірек. Сонымен қатар, кіріндінің металл фазасынан қож фазасына өтуіне металл–қож жанасу беті, балқыманың араласу қарқындылығы, қождың физикалық қасиеті және т.б. әсер етеді.

Сонымен, кіріндінің металл фазасынан шығуына әсер етеді:

1) кіріндінің мөлшері, құрамы, балқу температурасы және тығыздығы;

2) кірінділердің іріленуге бейімділігі;

3) металл – кірінді және қожкірінді фаза аралық керілісінің мәні;

4) балқыманың араласу қарқындылығы;

5)металл мен қождың физикалық сыйпаттамалары (температура, тұтқырлық және т.б.).

Құйылманың кристалдану үрдісінде кірінділердің металл фазасынан шығуы қиындайды, өйткені температура төмендеген сайын болаттың тұтқырлығы жоғарылайды және кристалдардың өсуі кірінділердің көтерілуіне бөгет жасайды. Нәтижесінде кірінділердің бір бөлігі құйылма көлемінде қалады. Құйылманың кристалдану және салқындау үрдісінде кірінділердің құрамы әрі саны өзгереді.

Қысумен өңдеу кезінде (илемдеу, штамптау, соғу) кірінділердің пішіні, өлшемі және орналасуы өзгеруі мүмкін. Мысалы, ұсатылады, созылады немесе өлшемі өзгермейді және т.б. Сондықтан бұйым немесе бөлшектің сапасын төмендетпейтіндей етіп, кіріндінің пішіні мен орналасуын қамтамасыз ету керек.
2.9 Балқыманы оттегісіздендіру және қосындылау

Болат қорыту үрдісі – тотықтану үрдісі болғандықтан, балқымада едәуір оттегі ериді. Сұйық болатта оттегі ерітінді және оксидті кірінді түрінде болады.



Оттегінің еруі. Оттегінің таза темірдегі ерігіштігі температураға байланысты. Балқу температурасында таза темірде мөлшермен 0,17% оттегі ериді. Температура көтерілгенде сұйық темірде еріген оттегі мөлшері артады (2.6–сурет). Сұйық темірде оттегі ерігіштігінің температураға тәуелділігі мына теңдеумен анықталады
lg[O]=6400/Т+0,756 (2.77)
Оттегінің қатты күйдегі темірде ерігіштігі өте аз және температура төмендеген сайын азая береді. Балқу температурасында δ–темірдегі оттегінің ерігіштігі 0,043% болса, γ–темірде – 0,003–0,004%. Оттегінің α–темірдегі ерігіштігі мөлшермен 0,002% болса, температура төмендей одан да азаяды.

2.6–сурет – Темірлі қожбен тепе–теңдіктегі темірде оттегінің ерігіштігі


Болат қорыту барысында оттегінің концентрациясы мен активтілігіне балқыма элементтері әсерін тигізеді, әсіресе көміртегі (2.7–сурет). Көміртегі мөлшері төмендеген кезде (0,10%–дан төмен) балқыманың тотығу дәрежесін қождың темір тотықтары реттей бастайды.


2.7–сурет – Балқыманың тотығушылығына көміртегінің әсері
Балқымаға Si, Mn, Al және т.б. элементтерді қосқанда, металдың тотығушылығы енді осы элементтердің активтілігімен анықталады. Бұл элементтер балқыманың оттегісімен әрекеттесіп, оның концентрациясын және активтілігін төмендетеді. Бұл элементтерді оттегісіздендірушілер деп атайды.

Құйылманың кристалдану үрдісінен кейін оттегі енді ерітінді түрінде емес, төмендегі кезеңдерде түзілген оксидті кірінді түрінде ғана болады:

1) оттегісіздендіру үшін ферроқорытпаларды қосқанда;

2) балқыманы шөмішке ағызу және болатты құймақалыпқа құю кезінде, оның қайтадан тотығу кезінде;

3) металға қождан, отқатөзімді және қосымша материалдардан кірінділердің ену кезінде;

4) құйылманың кристалдану үрдісінде;

5) кірінділердің өзара әрекеттесу нәтижесінде.
2.9.1 Балқыманы оттегісіздендіру

Болат сапасы, оның физика–химиялық және эксплуатациялық қасиеттері, металл емес кірінділердің, зиянды элементтердің және еріген газдардың мөлшерімен анықталады. Неғұрлым олар аз және кірінділердің өлшемі кіші болса, соғұрлым болаттың қасиеті жоғары.

Болаттағы оттегі активтілігін керекті мөлшерге дейін төмендету технологиялық операциясын оттегісіздендіру деп атайды. Оттегі активтілігін төмендету екі тәсілмен жүзеге асырылады:

1) оттегі мөлшерін төмендету;

2) оттегінің берік қосылысын түзу.

Болатты оттегісіздендірудің негізгі міндеттері:

1) оттегі активтілігін төмендету;

2) түзілген оксидті кірінділерден тазарту.

Балқыманы оттегісіздендірудің алдындағы оттегі мөлшері негізінен көміртегі мөлшеріне байланысты және оның мөлшері көміртегімен тепе–теңдіктегі мәнінен жоғары.

Оттегісіздендірілген болат құйылманың салқындау үрдісінде бетінде қатты қабыршақ пайда болып, тыныш кристалданса, бұндай болатты тынық деп атайды. Тынық болатқа ферромарганец, ферросилиций және алюминий салып, толымды оттегісіздендіріледі. 2.8суреттен тынық болаттағы оттегі мөлшері көміртегімен тепе–теңдіктегі оттегі мәнінен төмен [5] екенін көреміз.

Қайнау болатын тек тек ферромарганецпен оттегісіздендіреді (қалдық марганец мөлшері 0,3–0,4%) немесе өте сирек ферросилиций (қалдық кремний 0,02–0,03%) мен алюминий қосады. Қайнау болатының оттегісі көміртегімен тепе–теңдіктегі мәннен жоғары (2.8–сурет). Оттегінің жоғарылығынан түзілген СО газы құйылманың бетін қатырмай, едәуір уақыт ұшқын атып, «қайнау» құбылысы орын алады.

Жартылай тынық болат құйылмасының кристалдану үрдісінде үстіңгі беті біраз уақыт қатаймайды, өйткені оттегі мен көміртегі әрекетінен СО газы түзіліп, атмосфераға шығады. Жартылай тынық болатын ферромарганец және ферросилициймен оттегісіздендіреді. Болатта 0,4–05% Mn; 0,08–0,12% Si болады.



1 – тынық болаттағы оттегі мөлшері;

2 – жартылай тынық болаттағы оттегі мөлшері;

3 – қайнау болатындағы оттегі мөлшері;

4 – балқыманы оттегісіздендіру алдындағы оттегі мөлшері;

5 – көміртегімен тепе–теңдегі оттегі мөлшері
2.8–сурет – Оттегісіздендірілген болаттың тотығу деңгейі
Сонымен, қорытылған болат оттегісіздендіріліп, еріген оттегі активтілігі керекті деңгейге дейін төмендейді.

Оттегісіздендіргіш элементтің негізгі қасиеті. Оттегісіздендіргіш элементтің маңызды қасиеттеріне, оның оттегісіздендірушілік қабілеті, сулфидтүзгіш, нитридтүзгіш және болат түйіршіктерін кішірейту бейімділіктері жатады. Берілген температурада оттегі мөлшерімен тепе–теңдік күйдегі оттегісіздендіруші элементтің концентрациясын, оның оттегісіздендірушілік қабілеті дейді. Элементтің оттегісіздендірушілік қабілеті температураға байланысты өзгереді. Сондықтан элементтердің оттегісіздендірушілік қабілетін салыстыру үшін 1600ºС–дағы шамасы алынады. Элементтің белгілі мөлшерімен тепе–теңдіктегі оттегінің қалдық концентрациясы неғұрлым төмен болса, соғұрлым элементтердің оттегісіздендірушілік қабілеті жоғары (2.9–сурет) [4].

Балқыманы оттегісіздендірудің жалпы реакциясын төмендегідей жазуға болады


m[R]+n[O]=(RmOn), (2.78)
мұндағы R – оттегісіздендіруші элементтің шартты белгісі.
Реакцияның тепе–теңдік константасы
KR=/ (2.79)
Балқыманы оттегісіздендіру үрдісіндегі оттегісіздендіруші элемент пен оттегінің мөлшері аз болғандықтан, a[R]≈[R], a[O]≈[O] десек, онда
KR/[R]m[O]n (2.80)
Реакция нәтижесінде таза оксид RmOn түзілсе, a(RnOn)=1, сонда
KR≈1/[R]m[O]n (2.81)


Оттегісіздендіруші элементтер сульфидтүpгіш бейімділігі бойынша басқаша қатар құрады. Мысалы, әлсіз оттегісіздендіруші элемент болып есептелінетін Mn, сульфидтүзу бейімділігі бойынша алдыңғы орынның бірінде. Al, Ca, Mg әсіресе сирек жерлік металдар: La, Ce, Pr, Nd және т.б. күшті сульфидтүзгіш элементтер болып саналады.

Нитридтүзу бейімділігі бойынша оттегіздендіруші элементтерді мына ретпен орналастыруаға болады: Zr, Ti, Al, Si, V.

Болаттың ұсақ түйіршікті болуы, әсіресе термиялық өңделетін бұйым мен бөлшек үшін, аса маңызды. Болат түйіршігінің ұсақтылығымен қатар тұрақтылығы жоғары болуы керек. Осы қабілеттері бойынша элементтерді мына ретке орналастыруға болады: Ti, Al, V, Zr, Si.



Маңызды оттегісіздендіргіштер. Болат өндірісінде оттегісіздендіргіштердің көптеген түрі қолданыс тапқанымен, ең көбірек тарағандары: Mn, Si, Al және т.б.

Mn – ең көбірек қолданыс тапқан оттегіздендіргіш (1.2–кесте). Марганецтің оттегісіздендірушілік қабілеті қалыпты күйдегі қайнау болатының құйылмасын алуға жеткілікті. Оттегісіздендіру үрдісінде ферромарганецтің марганці еріген оттегімен әрекеттесіп, MnО тотығын түзеді


[Mn]+[О]=( MnО) (2.82)
Ферромарганец (75–85% Mn) – арзан ферроқорытпа. Болат құрамында 0,3–0,5% және одан жоғары марганец болуы, күкірттің зиянды әсерін төмендетуге, болаттың шынықтырылу тереңдігіне және беріктігіне оң әсер етеді.

Марганецтен кейін көбірек тараған оттегіздендіргіштің бірі кремний, оның оттегіздендірушілік қабілеті марганецке қарағанда жоғары (2.9–сурет). 2.2 – кестеде оттегісіздендірудің негізгі реакциялары және олардың термодинамикалық сыйпаттамалары келтірілген.

Болатты оттегісіздендіру үшін 45–75% Si бар ферросилиций (1.2–кесте) қолданылады. Ферросилиций – арзандау ферроқорытпа.

Физика – химиялық қасиеттері бойынша жақсы оттегісіздендіргіштің бірі алюминий. Оның оттегісіздендірушілік қасиеті кремнийден жоғары (2.9–сурет). Түзілген кіріндіге металдың жұғушылығы аз болған соң, оның металдан бөліну үрдісі жеңілдеу. Алюминий металда еріген азотпен нитрид (AlN) түзе алады әрі күкіртпен әрекеттесуге бейімділігі бар. Сонымен қатар алюминий болаттың ұсақ түйіршікті болуына ықпал етеді. Сондықтан ол қымбаттылығына қарамай таза немесе қорытпа түрінде кеңінен қолданыс тапты.


2.2–кесте – Болатты оттексіздендірудің негізгі реакциялары және олардың термодинамикалық сыйпаттамалары[5]

Реакция

K1=1/K

Қалдық [О]

Авторлар

2[V]+3[O]=V2O3

14270/Т+5,70

5,6·10–2

Чипман

[Si]+2[O]=SiO2

14575/Т+5,50

1,7·10–2

Гоксен, Чипман

2[B]+3[O]=B2O3

14897/Т+5,14

7,15·10–3

Чино, Вада

[Ti]+2[O]=TiO2

15350/Т+5,17

3,16·10–3

Ляудис, Самарин

2[Al]+3O]=Al2O3

21630/Т+6,87

1,0·10–4

Чино, Вада

2[La]+3[O]=La2O3

20670/Т+4,67

2,0·10–6

Кинне және т.б.

2[Ce]+3[0]=Ce2O3

25330/Т+7,00

1,6·10–6

Кинне және т.б.

Ванадий бағалы оттегісіздендіруші элементтің бірі. Болатқа (08Фкп) ~0,1%V қосқанның өзінде, оның ескеруге бейімділігі жойылмайды. Бірақ феррованадий (35–40%V)–қымбат қорытпа.

Титан (2.2–кесте) мен цирконий (2.9–сурет) – өте көшті оттегісіздендіргіштер, бірақ ферротитан (1.2кесте) мен ферроцирконийдің (10–15% Zr) қымбаттылығынан, олар негізінен арнайы болаттарды қорытуда қолданыс тапты.

Теңдеуден (2.80)


[O]n=/KR[R]m (2.83)
яғни оттегі концентрациясын төмендету үшін оттегісіздендіргіштің шығынын ұлғайту, не реакция өнімінің активтілігін төмендету керек. Оттегісіздену реакциясы өнімінің активтілігін төмендету үшін, бірнеше оттегісіздендіргіш элементтен тұратын күрделі құрамды қорытпа қолданған жөн. Егер қорытпа компоненттері түзген оксидтер бір–бірімен әрекеттессе, онда реакция өнімінің активтілігі төмендейді. Түзілген күрделі қосылыстардың балқу температурасы төмендеп, олардың іріленуі және қалқып шығу үрдісі жақсарады.

Сонымен, кешенді оттегісіздендіргішті пайдаланғанда:

1) элементтердің оттегісіздендірушілік қасиеті артады;

2) оттегісіздену үрдісі тездейді;

3) болаттың кірінділерден тазарту үрдісі тездейді әрі жақсарады.

Кешенді оттегісіздендіргіштер ретінде SiMn (силикомарганец), AlMnSi (AMC қорытпасы), Si–Ca (силикокальций), SiMnСа (КМК қорытпасы) қорытпалары және т.б. қолданыс тапты.

Болат қорыту технологиясында қолданыс тапқан сілті жерлік (Ca, Mg және т.б.) және сирек жерлік металдар (La, Ce және т.б.) өте берік оксидтер түзеді. Оксидтердің (SiO2, Al2O3, CaO) түзілу үрдісінде бос энергияның өзгеруі (1900К) төмендегідей:
Si+O2→SiO2; ∆Gº= 540 Дж; (2.84)
4/3Al+O2→2/3 Al2O2; ∆G= 721 кДж; (2.85)
2Ca+O2→2CaO; ∆G=846 кДж (2.86)
Сондықтан кальций металдағы FeO, MnO, SiO2, Al2O3 сияқты окидтерді оттегісіздендіре алады.

Кальцийді қорытпа күйінде қолдану тиімді. Сондықтан кальций кремниймен (~30%Ca, ~60%Si), кремний және алюминиймен (~20%Ca, 50%Si, 20%Al) қорытпа әрі қосылыс (СаС2) түрінде қолданылады.

Балқыманы калциймен оттегісіздендіргенде, калций көпіршіктері кірінділермен әрекеттесіп, нәтижесінде олар сұйық күйде шар тәріздес болып, қалқып шығу жылдамдығы артады. Металл фазасында қалған кірінділер шар тәріздес болғандықтан, металды қысумен өңдеуде (илемдеу, щтамптау) пішіні өзгермей, болат қасиеттеріне зияны аздау.

Сирек жерлік металдардың оттегімен әрекеттесуге бейімділігі өте жоғары, сондықтан металдағы оттегі активтілігі күрт төмендейді.

Сілті жерлік және сирек жерлік металдардың күкірт және азотпен әрекеттесуге бейімділігі жақсы.

Сирек жерлік металдарды да кешенді қорытпа түрінде пайдаланады. Мысалы, құрамы: ~40%Се+(45–50%)Si қорытпасы. Қымбаттылығынан сирек жерлік металдардың қолданылуы шектеулі.




Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет