Растворение ферросплавов в жидкой стали при раскислении и легировании 197
|
|
|
|
Таблица 55 |
Температура и теплота плавления (ДЯу) некоторых металлов |
||||
Металл |
Температура плавления |
дя/ |
ДНу |
|
|
|
т |
||
|
°C |
°К |
кал/моль |
|
|
|
|
||
Железо........................... |
1538 |
1811 |
3670 |
2,08 |
Марганец....................... |
1220 |
1493 |
3450 |
2,31 |
Кремний ........................... |
1427 |
1700 |
11100 |
6,53 |
Алюминий ....................... |
658,5 |
931,6 |
2550 |
2,74 |
Хром.............................. |
1800 |
2073 |
4350 |
2,1 |
Никель........................... |
1452 |
1725 |
4200 |
2,43 |
Ванадий .......................... |
1700 |
1973 |
4200 |
2,13 |
Титан .............................. |
1725 |
1993 |
4310 |
2,16 |
Молибден....................... |
2622 |
2895 |
6280 |
2,17 |
Вольфрам ....................... |
3380 |
3653 |
7640 |
2,22 |
Медь .............................. |
1083 |
1356 |
3110 |
2,29 |
Цирконий....................... |
1860 |
2133 |
4470 |
2,1 |
Кальций .......................... |
851 |
1124 |
2230 |
1,98 |
Бор.................................. |
2200 |
2473 |
5200 |
2,1 |
Кобальт.......................... |
1490 |
1763 |
3660 |
2,08 |
Ниобий.......................... |
2500 |
2773 |
— |
— |
Церий .............................. |
815 |
1087 |
— |
— |
Лантан .......................... |
885 |
1158 |
— |
— |
Магний .......................... |
650 |
923 |
2160 |
2,34 |
РАСТВОРЕНИЕ ФЕРРОСПЛАВОВ В ЖИДКОЙ СТАЛИ ПРИ РАСКИСЛЕНИИ И ЛЕГИРОВАНИИ
Процесс растворения ферросплавов в жидком металле опре деляется физико-химическими свойствами и размером кусков ферросплава, температурой и интенсивностью перемешивания жидкого металла. Протекание этого процесса можно представить следующим образом: куски ферросплава, содержащего леги рующий элемент, попадая в жидкий металл, нагреваются до температуры плавления и расплавляются. По мере расплавления
ферросплава происходит обогащение металла легирующим эле ментом в том месте, куда первоначально попали куски ферро сплава. Постепенно легирующий элемент перемещается в другие
участки ванны и концентрация его выравнивается во всем объ еме жидкого металла. Скорость первой стадии процесса (рас плавление твердого ферросплава) зависит от температуры плав
ления ферросплава, размера его кусков и температуры жидкой стали; скорость второй стадии процесса (распределение элемен та по объему жидкого металла) зависит от интенсивности пере
мешивания металла и от его температуры. Чем меньше размер кусков ферросплава и чем выше температура жидкого металла.
198 |
Легирование стали |
|
|
|
|
|
|
Таблица 56 |
|
Теплоемкости некоторых металлов (кал/моль • град), |
||||
определяемые |
|
/ Т |
\ с • 105 |
|
по формуле Ср = а + в |
I — |
т2 " |
||
|
|
Теплоемкость |
|
Теплоемкость |
|
|
|
в жидком |
|
Металл |
|
в твердом состоянии |
|
состоянии |
|
|
|
|
|
|
а |
Б |
с |
а |
Железо.......................... |
6,12 |
3,2 |
— |
10,5 |
Марганец ...................... |
5,12 |
5,2 |
11,0 |
|
Кремний.......................... |
5,55 |
0,88 |
0,91 |
*7,53 |
Алюминий...................... |
4,8 |
3,22 |
— |
7,0 |
Хром .............................. |
5,84 |
2,36 |
0,88 |
*8,4 |
Никель .......................... |
6[99 |
0,91 |
— |
8,55 |
Ванадий .......................... |
4,8 |
2,68 |
0,6 |
10,1* |
Титан.............................. |
5,25 |
2,52 |
— |
*7,8 |
Молибден...................... |
5,69 |
1,88 |
0,5 |
11,2* |
Вольфрам ...................... |
5,74 |
0,76 |
— |
*9,2 |
Медь .............................. |
5,44 |
1,46 |
— |
*7,5 |
Цирконий...................... |
4,26 |
4,11 |
0,56 |
— |
Кальций .......................... |
6,29 |
1,4 |
— |
*7,9 |
Бор.................................. |
1,54 |
4,4 |
— |
— |
Кобальт.......................... |
5,9 |
4,13 |
— |
15,6 |
Ниобий .......................... |
6, 14 |
0,84 |
— |
— |
Церий .............................. |
7,0 |
— |
— |
— |
Лантан.............................. |
6,38 |
—• |
— |
— |
Магний .......................... |
5,74 |
1,6 |
— |
8,1 |
• При небольших перегревах над точкой плавления.
|
|
|
|
|
|
Таблица 57 |
Средняя удельная теплоемкость |
твердых ферросплавов |
|||||
|
[118; |
116; |
117] |
|
|
|
|
Формула для определения средней удельной |
|||||
Ферросплав |
|
теплоемкости (от 273° до Г’К) |
||||
|
|
|
Ср кал!г-град |
|||
Ферросилиций 45%-ный |
0,15480 + 0,02075- |
10~3 |
■ |
Т — 6,1381 • Т-1 |
||
То же, 75%-ный . . . . |
0,17851 +0,01796 • |
10~3 |
■ |
Т —8,3044 - Т-1 |
||
Безуглеродистый ферро |
0,1202 + 0,01781 • |
10~3 |
• |
Т —3,6106 . Т-1 |
||
хром .......................... |
||||||
Феррохром высокоуглеро |
0,1424 -1-0,025 • 10-3 • Т —3,3327 • Т-1 |
|||||
дистый ....................... |
||||||
Ферротитан....................... |
|
0,10853 + 0,037 • |
|
10~3 • Т |
||
Ферровольфрам............... |
|
0,0484 + 0,017 ■ |
|
10~3 • Т |
||
Ферромолибден............... |
|
0,07584 + 0,0233 ■ |
10-3 • Т |
|||
Растворение ферросплавов в жидкой стали при раскислении и легированииХУд
Таблица 58
Увеличение свободной энергии грамм-атома элемента при его растворении в жидкой стали при концентрации 1% по весу*
|
|
ДГ» = + 4.575Т |
|
Элемент и его состояние |
7° при 1873° |
|g 0,5585 t° |
|
Мх |
|||
|
|
||
|
|
кал/моль |
|
Никель (ж)............................................. |
1 |
— 9,21Т |
|
/Марганец (ж)......................................... |
1 |
— 9,ПТ |
|
Кобальт (ж)......................................... |
1 |
— 9,26Т |
|
Хром (т)................................................. |
1 |
4350—11, ПТ |
|
Молибден (т).......................................... |
1 |
6280—12.32Т |
|
Вольфрам (т)......................................... |
1 |
7640—13,62Т |
|
Кремний (ж) .......................................... |
0,0077 |
— 18100— 7.77Т |
|
Алюминий (ж) ...................................... |
0,0008 |
—26700— 7,7Т |
|
Ванадий (т) .......................................... |
0,12 |
— 3900—11.07Т |
|
Титан (т) . .............................................. |
(0,05) |
— 7000—11,ОТ |
|
Цирконий (т).......................................... |
(0,05) |
— 7000—12,2Т |
|
Медь (ж)................................................. |
12 |
+ 9300— 3,4Т |
|
Углерод (графит).................................. |
— |
+ 8900—12.1Т |
|
Азот %N2= [%N].............................. |
— |
4- 2580+ 5,02Т |
|
Водород у2Н2 = [%Н]....................... |
— |
-г 7640 + 7.68Т |
|
Кислород У2О2 = [%О]....................... |
— |
—27930— 0,57Т |
|
Кислород Ре0(ж) = [%0]................... |
— |
+28900—12,51Т |
|
Сера %S(ra3) = [%S].......................... |
— |
—31520+ 5,27Т |
* Приведенные значения справедливы для растворов малой концентрации, в которых соблюдается правило Генри (активность растворенного элемента прямо пропорциональна его концентрации в весовых процентах).
тем быстрее завершается процесс расплавления ферросплава, введенного в жидкую сталь. Чем выше температура и чем боль ше интенсивность перемешивания металла, тем быстрее дости гается равномерное распределение элемента по всему объему металла. Поэтому, например, в спокойной (раскисленной) ван не выравнивание концентрации добавленного элемента происхо дит медленнее, чем в кипящей (нераскисленной) ванне.
Раскисление и легирование мартеновской стали производит ся твердыми ферросплавами, присаживаемыми либо в конце плавки в печь, либо во время выпуска в ковш. При введении ферросплавав в печь успокоенный металл некоторое время вы держивают в печи, после чего выпускают в сталеразливочный ковш. Предполагается, что за время выдержки достигается полная равномерность химического состава металла во всем объеме. Длительность выдержки для углеродистой стали, в ко-
200 |
Легирование стали |
Таблица 59
Свободные знергии образования окислов, сульфидов и карбидов при температурах плавки стали
Соединения |
Реакции |
—д |
—д s° |
|
кал/моль |
кал/молъ. °К |
|||
|
|
Окислы
Сульфиды
Карбиды
Fe(JK)+i/2O2 = FeO(?K) |
56830 |
11,94 |
Мп(Ж) + ^О2= МпО(ж) |
97000 |
21,4 |
Ni(at)+’/2O2 = NiOT(T) |
60750 |
25,1 |
Со(ж) + ‘/2°2 = Со0(ж) |
60530 |
19,6 |
Ве(ж) + ^О2 = ВеО(ж) |
146730 |
22,1 |
Mg(r) + V2O2 = MgO(T) |
176500 |
47,5 |
CaO^.) -f- %О2 — СаО(Т) |
192000 |
49,1 |
2А1(Ж) + 3/2О2 = А12О3(т) |
400000 |
76,6 |
2Сг(т) + 3/2О2 = Сг2О3(т) |
265050 |
60,4 |
2V(T) + з/2О2 = V2O3(T) |
287300 |
54,3 |
5‘(Ж) + °2 = Si°2(T) |
217700 |
47,0 |
т'(ж) + о2 = тюЕ(т) |
217600 |
41,9 |
2Г(Т) + о2 = ZrO2(T) |
256000 |
39,4 |
Мо(т)+02 = Мо02(т) |
137000 |
39,4 |
W(t) +О2 = |
139150 |
41,7 |
Fe(!K) + /2S2 = FeS(JK) |
34000 |
10,4 |
Мп(ж> + 1/2S2 = MnS(T) |
68700 |
19,1 |
Mg(r) + У2$2 = MgS(T) |
132300 |
45,7 |
^а(г) % $2 " CaS(T) |
169600 |
47,4 |
2Си<ж) + %$2 = Си 2$(Ж) |
29300 |
6,2 |
Мо(т) + S2 = MoS2(T) |
76300 |
33,3 |
W{T) + S2 = WS2(T) |
69800 |
32,9 |
В'(ж) 4- $2 = $>$2(т) |
73200 |
44,0 |
2А1(Ж) + 3/2S2 = ai2s3(t) |
164400 |
69,0 |
Са(Т) 4- 2С(Гр) = СаС2(т) |
59800 |
21,6 |
4А1(ж) + зс(гр) = А14С3(т) |
35700 |
28,1 |
зСг(т)+ 2С(гг) = СгзС2(т) |
8550 |
—5,0 |
51(ж) + С(гр) = 51С(т) |
38400 |
8,5 |
1\т) + С(гр) = 11С(т) |
57300 |
2,5 |
торую добавляют ферросплавы, содержащие только кремний и
марганец, составляет обычно 10—15 мин., а для стали, |
легиро |
ванной хромом, марганцем и кремнием — 20—40 мин. |
Среди |
многих сталеплавильщиков до сих пор распространено |
непра |