Практикум по выполнению домашних заданий по курсу «Современные проблемы металлургии и материаловедения», страница 12

Расчёт свободной энергии Гиббса реакции () показал, что в заданных условиях варианта №0 (состав стали и газовой фазы, количество введённого титана) нитриды титана образовываться не будут.

Оценим термодинамическую температуру, при которой начнётся процесс нитридообразования. Для этого преобразуем выражение (3.21) с учетом того, что процесс нитридообразования начинается ниже температуры, при которой 

.

Перейдём к десятичным логарифмам. Тогда

.                                           (3.22)

Выразим коэффициенты активности f_Ti, f_N и  в виде температурных функций.

.

При расчете коэффициента активности титана температурные зависимости массовых параметров взаимодействия выразили в рамках модели регулярного раствора, а зависимость параметра  оставили в исходном варианте. Подставим полученные в выражение (3.22)

.

Примем допущение, что при охлаждении концентрации титана и азота в стали остаются неизменными, тогда

.

Таким образом, при охлаждении стали с добавление 0,015% Ti процесс нитридообразования начнётся при температурах ниже 1413 °С. Как видно из проведённых расчётов, на температуру начала процесса нитридообразования в первую очередь влияет количество растворённого в жидкой стали азота и количество введённого титана. Варьируя количеством введённого титана при известном содержании азота возможно получение желаемой температуры начала образования TiN.

Выполненные в домашнем задании №3 расчеты показывают, что при наличии контакта (равновесия) с газовой фазой в жидкой стали содержится значительное количество растворённых газов – азота и водорода. При охлаждении часть газов выделяется вследствие уменьшения растворимости.

Удаление азота и водорода возможно при проведении окислительного рафинирования жидкого металла, а также при вакуумировании.

Введение небольшого количества титана (в данном варианте 0,015%) в жидкую сталь при 1600 °С не приводит к образованию нитридов, однако образование TiN возможно с понижением температуры до 1413 °С.

4 РАСКИСЛЕНИЕ И ДЕСУЛЬФУРАЦИЯ ЖИДКОЙ СТАЛИ

Кислород, попадающий в жидкий металл в окислительный период выплавки, отрицательно влияет на свойства стали, способствуя образованию различных дефектов. Удаление кислорода происходит в восстановительный период выплавки при проведении раскисления. Сера, попадающая в жидкую сталь в основном из шихтовых материалов (для конвертерной стали, например, из передельного чугуна), является вредной примесью, поскольку придаёт красноломкость (хрупкость при высокой температуре), снижает износостойкость и сопротивление коррозии. Сера также удаляется в восстановительный период в присутствии высокоосновного шлака. Для контроля содержаний кислорода и выбора способа раскисления необходимо уметь рассчитывать его равновесную активность с каждым компонентом жидкой стали в различных условиях. Также необходимо уметь оценивать количество неметаллических включений, образующихся при различных способах раскисления, и степень удаления серы под шлаками заданного состава с известной окисленностью жидкого металла.

Домашнее задание № 4

Исходные данные – температура жидкой стали и её состав, остаточное содержание алюминия, начальное содержание серы, состав шлака и его количество приведены в приложении Г. Для выполнения домашнего задания по теме «Раскисление и десульфурация жидкой стали» требуется:

1) Определить элемент, который контролирует окисленность жидкой стали. Рассчитать равновесную активность и концентрацию кислорода в жидкой стали заданного состава. Определить при каком остаточном давлении в вакуумной камере (атм.) активность кислорода будет определятся активностью углерода.

2) Определить равновесное содержание кислорода в жидкой стали заданного состава при указанном остаточном содержании алюминия. Определить количество включений Al₂O₃ % (масс), образовавшихся при раскислении металла. Как изменится эта величина при охлаждении расплава на 50°С?

3) Определить равновесное содержание кислорода в стали при комплексном раскислении кремнием и алюминием, с заданной остаточной концентрацией. Принять, что продуктом раскисления является чистое твердое соединение (2SiO₂·3Al₂O₃).