Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор работ по изучению физико химических характеристик ферросплавов 8
1.1 Взаимосвязь свойств ферросплавов и технологии получения стали 8
1.2 Физико-химические характеристики ферросплавов 11
1.3 Хромсодержащие ферросплавы 15
2. Изучение плотности хромсодержащих ферросплавов 23
2.1 Аналитический обзор работ по изучению плотности сплавов и задачи исследования 23
2.2 Получение образцов 30
2.3 Методика эксперимента 32
2.4 Результаты эксперимента и их обсуждение 35
Выводы 37
3 Температура плавления хромсодержащих ферросплавов 39
3.1 Аналитический обзор работ по определению температур плавления сплавов. 39
3.2 Методика эксперимента 46
3.3 Обсуждение результатов 47
Выводы 54
4 Окисляемость хромсодержащих ферросплавов 56
4.1 Окисление металлов и сплавов. 56
4.2 Окисление хромсодержащих сплавов 58
4.3 Методика эксперимента по окислению сплавов 61
4.4 Обсуждение результатов 62
Выводы 66
5 Расчет времени плавления хромсодержащих ферросплавов 67
5.1 Обзор работ по определению времени плавления ферросплавов 67
5.2 Механизм плавления куска ферросплава в железоуглеродистом расплаве 70
5.3 Математическая модель для расчета времени плавления сплавов 73
5.4 Расчет времени плавления хромсодержащих ферросплавов 76
Выводы 83
6 Определение степени усвоения хрома сталью 84
6.1 Обзор литературных данных о степени усвоения элементов из ферросплавов при обработке стали 84
6.2 Методика проведения эксперимента 87
6.3 Результаты исследований и их обсуждение 88 Выводы 93
Заключение 95
Список использованных источников
- Физико-химические характеристики ферросплавов
- Результаты эксперимента и их обсуждение
- Обсуждение результатов
- Методика эксперимента по окислению сплавов
Введение к работе
Актуальность работы.
Основным способом влияния на качество стали является использование ферросплавов, вводимых для ее обработки (раскисления, легирования, модифицирования и т.д.).
Процесс производства стали значительно изменился за последние 30-40 лет. Появились новые элементы технологии ее получения – внепечная (ковшевая) обработка, непрерывная разливка, потребовавшие нового качества для ферросплавов, связанных, в основном, с температурными и временными особенностями их плавления.
Несмотря на то, что технология подачи сплавов в ковш совершенствовалась, создавались новые ее виды, основным методом ввода массовых ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, силикомарганца, феррохрома) является их присадка в кусковом виде.
Стандарты для ферросплавов создавались в то время, когда преимущественной технологией получения стали был мартеновский процесс и, в основном, не изменились до настоящего времени.
Особое внимание следует уделять хромовым ферросплавам, широко применяемым при производстве стали. Эти сплавы, не обладая рациональными характеристиками, не обеспечивают высокого и стабильного усвоения хрома сталью.
Существующие технологии получения хромсодержащих ферросплавов достаточно гибкие и позволяют корректировать химический состав сплавов, улучшая их физико-химические характеристики и, в конечном итоге, повышая степень усвоения хрома сталью.
Изменять и совершенствовать служебные характеристики ферросплавов следует на основе изучения их свойств, влияющих на степень усвоения ведущих компонентов сплавов. К этим свойствам относятся плотность, температура и время плавления, окисляемость ферросплавов. Имеющиеся в литературе сведения о характеристиках ферросплавов немногочисленны, часто
противоречивы, и в основном, не разносторонни. Особенно мало сведений о свойствах и рекомендациях по улучшению состава хромовых ферросплавов.
В связи с тем, что служебные характеристики хромовых ферросплавов не обеспечивают высокого и стабильного усвоения хрома, отстают от требований прогрессирующей технологии сталеплавильного производства и нуждаются в улучшении, а сведений о свойствах этих сплавов недостаточно, диссертационная работа, направленная на совершенствование составов хромсодержащих ферросплавов путем изучения их физико-химических характеристик, является актуальной.
Цель работы. Создание рациональных составов хромсодержащих ферросплавов, способствующих увеличению усвоения хрома сталью, путем изучения комплекса их физико-химических характеристик.
Задачи исследований.
-
Выбор методик исследований, определение химического состава и получение изучаемых образцов ферросплавов систем Fe-Si-Cr-C и Fe-Cr-Si-Mn-B.
-
Изучение физико-химических характеристик хромсодержащих ферросплавов (плотности, температур плавления, окисляемости, времени плавления и степени усвоения).
-
Выбор рациональных составов хромсодержащих ферросплавов с оценкой соответствия требованиям сталеплавильного процесса и учетом технологии их получения.
Достоверность полученных результатов основана на использовании сертифицированных методов анализа физико-химических характеристик материалов, обеспечивается воспроизводимостью результатов опытов и их согласованностью с известными литературными данными.
Методика исследований. В работе использованы методы оптической микроскопии (Olympus), микрорентгеноспектрального (спектрометр Joel, приставка ЕDS), рентгенофазового (дифрактометр D8 ADVANCE Bruker AXS) и термического (NETZSCH STA 449C Jupiter) анализов. Содержание элементов в
образцах определено методами атомно-абсорбционной спектроскопии (Hitachi-Z8000) и оптической эмиссионной спектроскопии (Spectroflame). Расшифровка рентгенографических данных – по базам данных PDF-2 и PDF-4. Высокотемпературные эксперименты выполнены на экспериментальных установках, основные элементы которых – нагревательные электропечи сопротивления. Плотность ферросплавов определена пикнометрическим методом, температуры плавления фиксированием температурных кривых при охлаждении. Время плавления хромсодержащих ферросплавов в железоуглеродистом расплаве определено методом математического моделирования.
Научная новизна.
-
Впервые определена зависимость плотности хромсодержащих сплавов систем Fe-Si-Cr-C и Fe-Cr-Si-Mn-B от содержания в них кремния, углерода и марганца.
-
Получены новые экспериментальные данные о влиянии на температуру плавления содержания кремния и марганца в хромсодержащих сплавах различных групп.
-
Получены новые сведения об удельной окисляемости хромсодержащих ферросплавов в интервале температур от 100 до 1200 С.
-
Методом математического моделирования получены новые данные о времени растворения кусков хромсодержащих ферросплавов разных групп в железоуглеродистом расплаве в зависимости от их крупности и содержания кремния.
Практическая значимость работы. Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных исследований физико-химических характеристик различных групп хромсодержащих сплавов позволил дать рекомендации по рациональному составу, а также оценить экономическую эффективность от их применения. Показано влияние кремния на усвоение сталью хрома из хромсодержащих ферросплавов различного состава.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлены и обсуждены на Международной научной конференции «Литейный консилиум № 4» (г. Челябинск, 2010 г.); VI Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в металлургии» (Казахстан, г. Темиртау, 2011 г.); Международной научной конференции «Физико-химические основы металлургических процессов» (г. Москва, 2012 г.), Intenational Ferroalloys Congress XIII (Казахстан, г. Алматы, 2013); XV Международной научной конференции «Современные проблемы электрометаллургии» (г. Челябинск, 2013 г.); XIV Intenational Ferroalloys Congress (Украина, г. Киев, 2015); Международной научно-практической конференции «Химия и металлургия комплексной переработки минерального сырья» (Казахстан, г. Караганда, 2015 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, из них 5 статей в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, 8 публикаций в сборниках научных трудов, получен 1 патент на изобретение.
Личный вклад автора. Изложенные в работе результаты получены автором или при его непосредственном участии. Автором выполнены: анализ литературных данных, лабораторные эксперименты, математическое моделирование, обобщение, анализ и интерпретация результатов, подготовка материалов к опубликованию.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Основной материал изложен на 108 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 17 таблиц, библиографический список включает 117 источников.
Физико-химические характеристики ферросплавов
Известны многочисленные исследования по физико-химическим характеристикам ферросплавов и обоснованию требований к их свойствам.
Изучением физико-химических характеристик ферросплавов занимались М.И. Гасик, И.П. Казачков, А.И. Строганов, Б.М. Лепинских, М.В. Волощенко, В.Е. Власенко, В.С. Игнатьев, В.И. Жучков и др. [3-14].
Разные авторы предлагают свой подход к выбору рационального состава ферросплава. Авторы [10] считают, что при его определении, кроме данных о степени усвоения, а также механических и технологических свойствах, необходимо учитывать сведения о раскислительной способности сплава. Ряд авторов [4-7, 11] предлагает учитывать при выборе рационального состава ферросплавов их температуру плавления, плотность, технологические особенности, рассыпаемость, токсичность, а также экономическую сторону процесса их получения.
Существуют исследовательские работы, в которых даны сведения о рациональных значениях наиболее важных физико-химических характеристик (содержание ведущего элемента, плотность, температуры плавления, время плавления и др.).
Плотность – это важная структурно-чувствительная характеристика, которая оказывает влияние на полноту и стабильность усвоения ведущего элемента ферросплава.
Определить рациональные значения плотности ферросплавов при их взаимодействии со сталью достаточно сложно, о чем свидетельствуют противоречивые данные разных авторов. По мнению авторов [3, 6] оптимальная плотность должна быть равной плотности жидкого металла, поскольку при его большей плотности сплав может опуститься на дно ковша, а при меньшей – запутаться в шлаке. Казачков И.П. [12] считает, что частицы ферросплава, имеющие плотность равную плотности расплава, наиболее полно вовлекаются в движение и поэтому быстрее растворяются. Другие авторы [4, 13] полагают, что плотность ферросплавов должна быть несколько большей, чем у обрабатываемой стали. Авторами [14] для определения рациональной плотности ферросплавов были проведены опыты на водяной модели, а также расчеты. На основании проведенных экспериментов установлено, что для практики пределом рациональной плотности ферросплавов, используемых для обработки стали, является 5000-7000 кг/м3.
Температура плавления ферросплавов, наряду с плотностью, также имеет важное значение для теории и практики их производства, оказывая влияние не только на технологию получения, но также и на служебные характеристики.
В литературе приводятся противоречивые мнения по оценке рациональных значений температуры плавления. Авторы [6] полагают, что температура плавления ферросплавов должна составлять 1100-1300, поскольку куски легкоплавких сплавов запутываются в шлаке и окисляются, а использование тугоплавких сплавов увеличивает время их плавления. Также существуют мнение, что температура плавления ферросплавов должна быть ниже температуры кристаллизации обрабатываемого металла [3,5] или ниже температуры стали в ковше [4]. Авторы [15] дают оценку методам определения температур плавления, а также делают выводы об интервале рациональных значений температур плавления ферросплава.
Большинство авторов сходятся в представлениях о том, что время плавления ферросплава в жидком металле должно быть минимальным [3,6]. Казачков И.П. [16] проводил эксперименты по определению времени плавления некоторых ферросплавов, и на их основе сделал качественные выводы о путях его снижения. Авторы [17] провели эксперименты по определению зависимости скорости плавления феррохрома от температуры выпускаемой стали и размеров кусков феррохрома, приведены результаты по кинетике его растворения в жидкой стали.
Данные об окислении ферросплавов имеют важное практическое значение, поскольку с этим процессом связаны не только угар и стабильность усвоения ведущих элементов, но и загрязнение стали продуктами окисления.
Работы Вагнера [18] и Кабрера и Мотта [19] являются основополагающими в теории окисления, но не рассматривают окисление многокомпонентных сплавов. Большинство авторов занималось изучением процессов окисления твердых металлов и сплавов. Автор [20] приводит данные, что кремний при повышенных концентрациях (3-10%) благотворно отражается на сопротивлении железа окислению при температурах до 1000. В работах авторов [21, 22] приведены данные об окислении жидких сплавов различных систем, что дает более полное представление об их окислении. При введении сплавов в сталь необходимо минимальное их окисление и, следовательно, минимальные потери ведущего элемента при окислении.
При вводе ферросплавов в жидкую сталь может происходит как нагрев, так и охлаждение расплава в результате суммарного теплового эффекта. Авторы [23] предлагают метод расчета теплового эффекта, который учитывает теплоту нагрева ферросплавов до температуры жидкой стали в ковше и теплоту химических реакций окисления компонентов сплава. Авторы [24] использовали данные по введению чистых элементов в сталь. Казачковым И.П. [25] предложен метод расчета теплового эффекта от присадки ферросплавов в сталь, в котором используются скорректированные теплоты плавления компонентов и теплоты образования в химических соединений. Авторы [26] усовершенствовали метод расчета, предложенный Казачковым. В конечном итоге тепловой эффект взаимодействия ферросплавов с жидкой сталью не должен приводить к значительному охлаждению последней.
Как следует из аналитического обзора, в основном, требования, которые предъявляли к ферросплавам, сводились к одному – двум свойствам, что не давало возможности получать правильное представление о его потребительской ценности.
Считаем, что изучаемые характеристики ферросплавов должны быть разносторонними, целиком описывающими их потребительскую ценность и влияющими на полноту и стабильность усвоения ведущего элемента. Ряд авторов предлагали свое видение комплексного подхода к оценке свойств и химического состава ферросплавов [3, 8, 14, 27], но затрагивали не существенные характеристики.
Результаты эксперимента и их обсуждение
В настоящее время существуют различные методики, позволяющие экспериментально определить величину плотности сплава с различной степенью точности.
Метод гидростатического взвешивания основан на регистрации изменения веса погружаемого тела под влиянием сил выталкивания. Достоинством метода является простота постановки эксперимента. Сложность метода – децентровка тел погружения из-за действия сил поверхностного натяжения, а также необходимость предварительного определение коэффициента температурного расширения и поверхностного натяжения [49].
Дилатометрический метод основан на экспериментальном определении высоты подъема расплава в капилляре или тигле. К недостаткам метода можно отнести сложность установки, а также недостаточную точность измерений [49]. Метод максимального давления газового пузыря основан на соотношении между давлением газа в пузыре на глубине в металлической ванне и плотностью расплава. Для определения плотности расплава определяют давление отрыва пузыря от капилляра на разной глубине погружения капилляра. Метод достаточно точен, но возникают трудности с поддержанием постоянных размеров капилляра при высоких температурах, обеспечивающих точность и воспроизводимость результатов [49]. Измерения плотности проводятся также просвечиванием образцов узким пучком монохроматического гамма – излучения. В ходе эксперимента регистрируется начальная интенсивность излучения, далее интенсивность излучения с находящимся в печи образцом. Из достоинств метода стоит отметить возможность определения плотности в широком диапазоне температур. К основным недостаткам можно отнести обеспечение безопасности работы и сложность математического аппарата для интерпретации результатов [50].
Метод лежащей капли широко применяется при высокотемпературных исследованиях. Он заключается в вычислении плотности и поверхностного натяжения расплавленных материалов по результатам измерений геометрических параметров жидкой капли исследуемого вещества, размещенного в вакууме на плоской подложке из материала, не реагирующего с этим веществом. Данный метод обладает достаточной точностью измерений, но сложен существенными недостатками в организации эксперимента, а также интерпретации результатов[49].
Пикнометрическим методом можно определять плотность как твердых, так и жидких сплавов. Существуют два способа определения плотности. Первый – измельченную навеску сплава известной массы помещают в градуированный пикнометр, определяют объем и вычисляют плотность. Второй способ – расплав с избытком помещают в тигель известного объема. Зафиксированный объем расплава кристаллизуется, затем его взвешивают и вычисляют плотность. В целом, данный метод обладает достаточной точностью. К недостаткам можно отнести то, что за один опыт можно определить плотность одного сплава [50]. При обработке жидкого металла ферросплав в большинстве случаев вводят в твердом виде, поэтому необходимо оценивать величину плотности твердого ферросплава. Для этого подходит пикнометрический метод, который обладает достаточной точностью и прост в проведении. Измерения плотности пикнометрическим способом проводили при помощи пикнометров по соответствующему ГОСТ 22524-77.
В сплавах 1–8 (таблица 2.6) системы Fe-Cr-Si при близком соотношении Cr/Fe изменяли содержание кремния. Было показано, что при увеличении содержания кремния от 0,5 до 53,6% плотность пропорционально снижается (рисунок 2.3).
Увеличение содержания кремния на 1 % снижает плотность сплава на 1,3 %, данная зависимость объясняется значительно более низкой плотностью кремния (2330 кг/м3) по сравнению с плотностями основных составляющих компонентов хромовых ферросплавов – хрома и железа (таблица 2.1).
В целом результаты эксперимента и теоретического расчета близки. Зависимость плотности сплава от содержания кремния при аддивтином расчете линейная. Экспериментальные данные показывают близкую к расчетной зависимость за исключением сплава 5, где экспериментальное значение плотности выше, что может быть связанно с образованием фазы Fe5Si3 c плотностью 6470 кг/м3[39].
Обсуждение результатов
Температуру плавления определяли фиксированием температурных кривых при охлаждении сплавов. В качестве плавильного агрегата использовалась высокотемпературная печь.
Сплав помещали в алундовый тигель. Температуру измеряли вольфрам -рениевыми термопарами ВР-5/20 с алундовыми наконечниками при помощи безбумажного самописца Термодат-19М4. Во время замеров наконечник одной термопары находился в центре расплава, а наконечник другой - в рабочем пространстве печи в непосредственной близости от тигля с расплавом. По показаниям первой термопары определяли температуру расплава, а по показаниям второй - температуру печи.
Печь нагревали на 50-100С выше предполагаемой температуры плавления сплава, после чего охлаждали со скоростью 10-15 С/мин, при этом на кривых охлаждения фиксировали площадки. Первая площадка на кривой охлаждения соответствует температуре начала кристаллизации (Тп). Каждое измерение повторяли не менее трех раз. Пример кривой охлаждения сплава 12 представлен на рисунке 3.2. На графике видно две четкие площадки, ликвидус соответствует температуре 1311 С, а солидус 1262 С.
Результаты экспериментов по определению температур плавления представлены в таблице 3.2, химический состав сплавов в таблице 2.6.
В сплавах 1-8 системы Fe-Cr-Si при близких содержании углерода и соотношении Cr/Fe изменяли количество кремния. Было показано, что происходит пропорциональное снижение температур ликвидус и солидус (рисунок 3.3) при увеличении содержания кремния от 0,5 до 53,6%. Интервал плавления этих сплавов составляет от 40 до 105 градусов. Таблица 3.2 – Температура плавления изучаемых сплавов [61]
Для сплавов 5; 8; 9; 10; 11 и 17 был проведен рентгенофазовый анализ на дифрактометре Bruker AXS D8 ADVANCE. Снижение температуры плавления с увеличением содержания кремния с 0,8% до 10% связано с образованием легкоплавких фаз, таких как Fe3Si и Fe5Si3, с одинаковой температурой ликвидус 1261С [39]. В интервале от 10% до 32,3% Si при увеличении содержания кремния в сплавах наблюдается незначительное снижение температур ликвидус и солидус, что вероятно связано с увеличением объемных долей тугоплавких фаз (рисунок 3.4) Cr5Si3 (Тп–1720С [39]). При дальнейшем увеличении содержания Si в сплаве с 32,3 % до 53,6% интервал плавления пропорционально снижается, это можно объяснить тем, что при увеличении кремния в сплаве помимо уже указанных выше легкоплавких силицидов Fe3Si и Fe5Si3, образуются CrSi2 и FeSi2 (рисунок 3.5) с температурами плавления соответственно 1475 С и 1220С [39]. Все сплавы, за исключением 1, обладают рациональными температурами ликвидус.
В сплавах 9 и 10 сравнивали влияние кремния на интервал плавления высокоуглеродистого феррохрома. Стандартный высокоуглеродистый феррохром с высоким содержанием хрома и низким кремния (сплав 9) относится к сверхтугоплавким сплавам. Применение сверхтугоплавких ферросплавов для обработки стали нежелательно, так как это значительно увеличивает время легирования, снижает коэффициент усвоения хрома и затрудняет процесс внепечной обработки. Повышение кремния в составе углеродистого феррохрома до 8% значительно снижает температуру ликвидус сплава до рациональных значений Это связано, как показывает рентгенофазовый анализ (рисунки 3.6 и 3.7), со снижением объемной доли тугоплавкой фазы Cr7C3 (Тп 1780 С [39]), а также с увеличением объемной доли легкоплавкой фазы Fe3Si. У сплава 9 температура ликвидус выше требуемых значений, а у сплава 10 ниже. Рисунок 3.6 – Рентгенофазовый анализ сплава 9. Номер сплава соответствует номеру в таблице 3.2.
Рисунок 3.7 – Рентгенофазовый анализ сплава 10. Номер сплава соответствует номеру в таблице 3.2. В комплексных сплавах (11-15) системы Fe-Cr-Mn-Si-С определялось влияние на интервал плавления кремния и марганца при относительно постоянном соотношении других элементов. Было показано (рисунок 3.8), что при повышении содержания марганца с 12 до 31,6% происходит незначительное уменьшение температур ликвидус и солидус, что можно объяснить более близкой температурой плавления самого марганца по сравнению с основными компонентами сплава.
При изменении содержания кремния (рисунок 3.9) от 2,3 до 11,3% в сплаве наблюдается резкое снижение его температуры плавления, что можно связать с образованием в сплаве легкоплавких фаз (рисунок 3.10) Fe5Si3, FeSi, CrSi2 (Тп 1290 С, 1410 С и 1413 С соответственно [39, 62]), а также с увеличением объемной доли Mn5Si2 (Тп 1200С [63]) с 4,8 до 13,8%. Некоторое отличие этих сплавов в содержании марганца, как показано на рисунке 3.8, не могло заметно повлиять на результат влияния кремния на температуру плавлния. Все сплавы обладают рациональными значениями температуры ликвидус.
Методика эксперимента по окислению сплавов
За основу расчетов скорости процесса растворения хромсодержащих ферросплавов в жидкой стали был взят метод, разработанный в УГТУ-УПИ и ИМЕТ УрО РАН [56], в котором авторами предложена математическая модель плавления твердых добавок и расчетный способ определения времени их плавления в жидком металле.
В настоящей работе принимаем, что процесс усвоения вводимых материалов связан с процессами тепло-массообмена между куском и расплавом. Плотность теплового потока qs от расплава к куску можно определить с помощью определения коэффициента теплоотдачи а согласно формуле 5.1, где значения Ts могут быть: - для легкоплавких ферросплавов Ts = Тк в периоды (1, 2, 3а), когда кусок покрыт коркой твердой стали; Ts = Тпв период 3а, когда плавящийся твердый ферросплав непосредственно контактирует с жидкой сталью; - для тугоплавких ферросплавов (при условии Тп Тв) Ts = Тк в период 1, когда кусок покрыт коркой твердой стали; Ts = Тп в период 3, когда ферросплав плавится, непосредственно контактируя с жидкой сталью; температура переменна в период 2, когда ферросплав прогревается, взаимодействуя с жидким металлом; - cверхтугоплавкие (при условии Тп Тв) Ts = Тк в период 1, когда кусок покрыт коркой твердой стали; Ts = Тв во втором периоде, когда ферросплав диффузионно растворяется, непосредственно контактируя с жидкой сталью.
В дальнейшем считаем, что кусок ферросплава представляет собой шар радиусом r, ввиду симметрии куска при принятых граничных и начальных условиях температура зависит только от одной пространственной координаты и времени Т (x, г), а дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье может быть записано в виде:
На величину Нуссельта большое влияние оказывает гидродинамика жидкой ванны. В, полученные для обычных жидкостей. случае, когда кусок материала неподвижен относительно расплава (свободная конвекция), Прандтля); d - линейный размер куска (для пластины ее длина, для шара и цилиндра - диаметр); , а, - кинематическая вязкость, температуропроводность и коэффициент объемного расширения жидкой стали соответственно. Для определения коэффициента массоотдачи в жидких металлах правомерно применять критериальные формулыПриведем широко применяемые для шара формулы:
Описанная выше математическая модель плавления материалов представляет собой набор системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Данная модель была реализована в серии программ на языке Бэйсик. Программа позволяет рассчитать длительность отдельных периодов плавления куска материала, толщину корки и жидкого слоя, размер куска материала в любой момент времени. Ввод данных возможен как вручную, так и автоматически из базы данных. Интегрирование системы дифференциальных уравнений производится методом Рунге-Кутта с автоматическим выбором шага по заданной точности.
Различия между моделью, взятой за основу, и моделью, по которой были проведены расчеты, заключаются в том, что в данной работе производились расчеты для сверхтугоплавких сплавов с высоким значением плотности.
Расчет времени плавления хромсодержащих ферросплавов был произведен по описанной выше математической модели. Химический состав сплавов и их номера соответствуют таблице 2.6. За время плавления принимается промежуток между вводом ферросплава в железоуглеродистый расплав и полным исчезновением твердой частицы сплава. За стандартные условия принимали следующие значения параметров: - жидкая сталь: Тк= 1530С, Тв1600 С, теплота кристаллизации L = 1,79109 Дж/м3, коэффициент теплопроводности стали в жидком состоянии = 30 Вт/мК; - частица сплава: шар диаметром 1, 5, 10, 30 и 50 мм, начальная температура Т0 = 20 С; - для ферросплавов были приняты усредненные значения теплофизических характеристик: А. для жидкой фазы 51,6 Вт/м К; с -для жидкой фазы 657 Вт/м К, для твердой 785 Вт/м К; теплота плавления 477000 Дж/м3 , теплота растворения твердого ферросплава 460000 Дж/м3 ; плотность твердой и жидкой фазы ферросплава принимаем равными, у каждого образца свое значение плотности (глава 2); температура ликвидус у каждого сплава своя (глава 3).
Приведенные выше сплавы можно отнести к группам по их времени плавления: 1ая - сверхтугоплавкие сплавы 1 и 9 (ТП ТВ), 2ая - легкоплавкие 2-8, 10-17 Тп Тк). Характер кривой зависимости времени плавления от кремния, марганца и бора не изменяется от величины фракции. Результаты расчетов времени плавления представлены в таблице 5.1 (номера сплавов соответствуют
Сплавы 1-8 соответствуют по своему химическому составу низкоуглеродистому феррохрому и ферросиликохрому. Зависимость времени плавления сплава от содержания кремния в нем при различных его фракциях представлена на рисунке 5.3. При увеличении содержания кремния в сплаве с 0,5 до 53,6% время плавления снижается более существенно в диапазоне 0,5-10%. Характер зависимости кривых для разных фракций одинаков. Влияние фракции на время плавления показано на рисунке 5.4. Изменение фракции неодинаково влияет на время плавления. Так наибольшее снижение времени плавления происходит при
Фракция, мм 50 Номера сплавов соответствуют номерам в таблице 5.1. Рисунок 5.4 – Зависимость времени плавления от фракции сплавов. уменьшении фракции с 50 до 10 мм, на 40-90 с в зависимости от сплава. Изменение размера кусков сплава оказывает более сильное влияние (в десятки раз) на величину времени их плавления, чем кремний. Наиболее приемлемым размером куска для сплавов 1-8, учитывая потери при их дроблении, является интервал с 10 до 30 мм.
В сплавах 9 и 10 оценивалось влияние кремния на время плавления в углеродистом феррохроме. При увеличении содержания кремния в углеродистом феррохроме с 0,3 до 8% время его плавления значительно снижается. В сплаве образуются легкоплавкие соединения кремния, что в результате оказывает влияние на механизм плавления, и он меняется со сверхтугоплавкого на легкоплавкий.