Предмет: Конвертерлік болат өндіру тәсілі
Тип: Бақылау жұмыс
Объем: 47 стр.
Год: 2012
|
Закрыть
|
Болат қорыту үрдісінің физика-химиялық негізі
Жоспар
1 Болат қорыту үрдісінің физика-химиялық негізі 3
1.1 Болат қорыту үрдісінде физикалық химияның заңдарын қолдану 3
1.2 Болат қорыту үрдісінің кинетикасы 9
1.3 Балқыма фазаларының беттік құбылысы 11
1.4 Сұйық темір және оның қорытпасының құрылысы мен қасиеті 14
1.5 Қождың құрылысы мен қасиеті 17
1.6 Болат қорыту үрдісінің негізгі реакциялары 22
1.7 Болаттағы газ 31
1.8 Болаттағы металл емес кірінділер 34
1.9 Балқыманы оттегісіздендіру және қосындылау 36
1.9.1 Балқыманы оттегісіздендіру 37
1.9.2 Балқыманы қосындылау 45
Әдебиеттер 47
1 Болат қорыту үрдісінің физика-химиялық негізі
1.1 Болат қорыту үрдісінде физикалық химияның заңдарын қолдану
Конвертерлік болат қорыту - күрделі үрдіс. Болат қорыту барысында үрлеме әсерінен шойын элементтері тотығып, қожтүзгіш материалдармен қож түзіп, шеген-металл-қож-газ жүйесінде физика - химиялық үрдістер орын алады. Сондықтан болат қорыту үрдісін басқаруда физикалық химияның заңдарына сүйенеді. Металл мен қождағы әр түрлі түрленістердің энергетикалық жағдайын, үрдіс мүмкіндігін, бағытын және тепе-теңдігін анықтауда термодинамиканың жалпы заңдарына, ал орын алып жатқан үрдістердің жылдамдығын анықтауда кинетиканың заңдарына сүйенеді [6, 7].
Жылу тепе-теңдігін және жылудың энергияның басқа түрлеріне түрлену заңдарын зерттейтін ғылымды термодинамика деп атайды. Химиялық термодинамикада термодинамиканың жалпы заңдарын физика-химиялық үрдістерге қолдану қарастырылады [7].
Болат металлургиясында қолданылатын термоди-намиканың негізгі қағидалары. Термодинамикада әр түрлі жүйелер зерттеледі. Зерттеу үшін қоршаған ортадан бөлініп алынған денелер тобын жүйе деп атайды. Конвертердің шегені, металы, қожы және газ атмосферасы жүйе мысалы бола алады. Жүйе гомогенді (бір фазалы) және гетерогенді (көп фазалы) болып бөлінеді. Жүйе гомогенді, егер оның барлық бөлігі құрамы және қасиеті бойынша бірдей болса. Қасиеттері әр түрлі жүйе бөліктері (фазалары) бір-бірімен бет аралық бөлінсе, онда жүйе - гетерогенді.
1.2 Болат қорыту үрдісінің кинетикасы
Химиялық құрамы белгілі болат алу үшін физика-химиялық үрдістің термодинамикалық сыйпаттамаларымен бірге оның кинетикалық сыйпаттамалары керек. Химиялық реакциялар жылдамдықтарының өзгеру заңдылықтарын білу өте маңызды.
Болат қорыту үрдісінің реакциялары негізінен араласымды сұйық ортада жоғары температуралығымен (балқыманы шөмішке ағызардағы температурасы 1600-1650°), гетерогендігімен (реагенттер түрлі фазадан) және бір мезгілде өтуімен ерекшеленеді.
Болат қорыту үрдісінде орын алатын реакцияларды үш кезеңнен тұрады деуге болады [4]:
1) реакциялық зонаға реагенттерді жеткізу;
2) химиялық реакцияның өтуі;
3) реакциялық зонадан өнімдерді әкету.
Химиялық реакцияның өтуі негізінен жылдам, сондықтан үрдіс жылдамдығы не реагенттерді жеткізу жылдамдығымен, не өнімдерді әкету жылдамдығымен анықталады.
1.3 Балқыма фазаларының беттік құбылысы
Болат қорыту үрдісінде фазалардың беттік құбылысының маңызы зор. Көптеген үрдістер гетерогенді реакцияларға негізделіп, бір фазаның жоғалуымен, екіншісінің түзілуімен өтеді. Көптеген реакциялар фаза аралық шекараларда орын алады. Сондықтан заттың беткі қабаты қасиетінің, оның ішкі қабаты қасиетінен өзгешелігін ескеруге тура келеді.
Меншікті бос беттік энергия. Конвертерлік болат қорыту үрдісінің жылдамдығы негізінен реакциялық зонаға реагенттерді жеткізу жылдамдығымен анықталса (мысалы, шойынды оттегімен үрлеу қарқындылығы немесе элементтердің металл - қож шекарасына турбуленттік диффузия жылдамдығы), кейбір жағдайда жаңа фазаның (СО көпіршігі, металл емес кірінді және т.б.) туындау және құрылу жылдамдықтарымен анықталады.
Кез келген жаңа фазаның өскіні термодинамикалық тұрақты болады, егер оның өлшемі межеліге жетсе. Өскіннің межелі өлшемге дейін өсуінен, жүйенің бос энергиясы жоғарылап, өскін мен бастапқы фаза арасында фаза аралық бөліну беті түзіледі.
1.4 Сұйық темір және оның қорытпасының құрылысы мен қасиеті
Сұйық металдың теориясы. Қатты күйдегі металға кристалдық құрылыс тән, олардың атомдары (иондары) кристалл торының түйіндерінде белгілі бір реттілікпен орналасатыны белгілі, атомдардың орналасуында «жақын тәртіппен» қатар «алыс тәртіп» сақталады, ал газ бөлшектері ретсіз орналасуымен, қозғалыс жылдамдығының жоғарылығымен сыйпатталады. Бөлшектердің орналасу ретіның дәрежесі, олардың өзара әрекеттесу қарқындылығы және т.б. қасиеттері бойынша сұйық күй қатты зат пен газдың аралығында орын алады. Бірақ сұйық металл құрылысы мен қасиеті бойынша газдан гөрі қатты күйдегі металға жақын, әсіресе кристалдану температурасына жақын.
1.5 Қождың құрылысы мен қасиеті
Конвертерлік болат қорыту үрдісінде шойын мен скрап элементтері тотығып, қожтүзгіш және басқа қосымша материалдар қож түзілу үрдісіне араласып, балқыма мен жоғары температура әсерінен шегеннің тозуы орын алып, нәтижесінде болатпен қатар қож деп аталатын қосымша өнім немесе металл емес фаза түзіледі.
Қождың рөлі. Металл - қож фазалары арасындағы химиялық реакциялар тепе-теңдікке жетуге бағытталған, сондықтан берілген құрамды болатты қорытуда қож маңызды рөл атқарады. Мысалы, зиянды элементтерді (P, S) металл фазасынан негізді қож (СаО мөлшері жоғары) фазасына шығарып, кері өтпеу жағдайын туғызу арқылы, олардың болаттағы мөлшерін төмендетеді.
Қожға қойылатын негізгі талаптар:
1.7 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, %:
1.8 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:
1.9 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 (1.6-сурет). Сұйық темірде оттегі ерігіштігінің температураға тәуелділігі мына теңдеумен анықталады
1.9.1 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:
1.9.2 Балқыманы қосындылау
Белгілі бір механикалық немесе физика-химиялық қасиет беру үшін қосынды элементтерді (Si, Mn, Cr, Ni және т.б.) қосу арқылы алынатын болатты қосындылы деп атайды.
Темірде еру дәрежесіне байланысты элементтер мына топтарға бөлінеді:
Әдебиеттер
1 Металлургическая теплотехника. В 2 томах. Том 1. Конструкция и работа печей. Кривандин В.А., Неведомская И.Н., Кабахидзе В.В. и др.- М. : Металлургия, 1986. - 542 с.
2 Абдрахманов Е.С., Тусупбекова М.Ж. Огнеупоры для металлургических и литейных печах. - Павлодар: НИЦ ПГУ им. С.Торайгырова, 2006. - 86 с.
3 Металлургия стали. Явойский В.И., Кряковский Ю.В., Григорьев В.П. и др - М. : Металлургия, 1983. - 584 с.
4 Кудрин В.А. Металлургия стали. - М. : Металлургия, 1989. -560 с.
5 Бигеев А.М. Металлургия стали. - М. : Металлургия, 1988. -480 с.
6 Толымбеков М.Ж. Болат балқыту өндірісінің негіздері. 1-бөлім. - Алматы: РБК, 1994. - 164 б.
