Глухонды кристаллизатор 4 страница

Фосфор болатта әдетте зиянды қоспа ретінде болады және оның аластатылуының маңызы зор.Фосфордың зиянды ықпалы келесідей:

А) ликвидус пен солидус сызықтарының арасындағы ексіфазалы аудан үлкейеді,нәтижесінде кұйманың кристализациясы және құймашықтарда қатты біріншілік ликвация туындайды, сонымен қатар γ– ауданы кішірейеді, не қатты күйде сегерация болады;

Б) фосфордың салыстырмалы аз жылдамдықтары диффузия әсерінен а – және γ– қатты ерітінділерде құрылған бір текті емес термиялық өңдеу әдістерімен жаман жоюылады.

Бөлшектер арасында орналасқан қуыстар фосфорға бай,металдың пластикалығын төмендетеді,әсіресе төмен температурада.Фосфордың ықпалы әсіресе болатта көрінеді құрамында көміртегі мөлшері көп болуы,сондықтан көміртегілі конструкциялық болаттарда фосфор мөлшері 0,035% аспауы керек ал кейбірмаркаларда 0,030%.Жоғары сапалы болатта фосфор мөлшері 0,020% аспауы керек.

2. Пеш ваннасына оттекті үстінен үргенде пайда болатын реакциялық зоналар туралы айтып беріңіз

Әртүрлі әдістерде балқыту және пешті емес тот баспайтын болаттар, сипаттауы келесі тарауда болады, интенсификациялық тотығу көміртегі үшін оттегі тікелей металға түседі,оны жоғарыдан үрлеп (ДСП,ваккум- ваккумдық – кислород), бүйір арасындағы даналық фурмалар АКР, ваккум- ваккумдық- кислород, әрекеттің осы екі тәсілдеріне АКР, КСВ-5 немесе төменде ГКР.Бұл әдістердің жалпы заңдылық қатары өзара әрекет ерекшелігі оттектің шандандыру металдың балқытпалы қолданылады: Ортадағы жоғары тығыздықтың бітуі фазалық шандандыруында жандандыруды енгізу, әдетте шоғыры шыдамдықта мен сондықтан бірталай қор энергиясы болады; үдемел тотығудың пайда болуы, құрастырылуы металда ораналсқан жандандырудың реакциондық зонасы айналада орнату металды үрлегенде жоғарғы оттегі бірге соғылып тиіп үстіндег сұйық түрін өзгертеді және түр өзгеру ерекшелігі, краттердің пішіні қатысты динамикалық қысым дағдысының металмен бірге күцреседі. Егер төменгі динамикалық қысымның үрленуі краттердің ашық режимінде болады. Егер жоғары динамикалық қысымда, болаттың суық үрленуі үшін оттегінің ағысы тереңірек металға кіреді, реакциондық зонада құрылады, қиын құрылымдық параболоиттық пішін. Ол орналастырылған тікелей айналадағы дыбыс оттегісінің І тарауында енгізілген алғашқы црациондық зонасынада болады, және жеткілікті үдемені бөлу үшін СО көміртег құрамы ІІ тарау – реакциондық зонасының екіншісі.

Реакциондық зонаның анық шекарасы жоқ, схемалар көрсеткендей нәтижесінде гидродинамиканың тұрақсыздығы краттердің 1 суретінде көрсетілгендей пульсация болды, ол айналады өзінін қалпын пішінде өзгертеді. Бәрі бірге жалпы көрсеткенде реакциондқы зонд металдың үрленуінде болады.

Динамикалық немесе іргеше доналықта метлдың үршенуі оттекте андиогиялық проценстер пайда болады. Краттердің пішіні ғана өзгереді. Газалық көлемнің тұруы кедергілерді кездестірмейді және көбірек ретелген. Егерде даннаның үрленуі ағыс оттегінің бағыты балқытылғанмен дәл немесе динамикалық қысымның ағысын үлкейтеді. Мысалы, реакциондық зонаның құрылымы ұқсас, жоғарғы үрленуі сияқты.

Реакцондық, зонада пайда болуы жарты қоспаның бірталай тотығуында металдың тамшысы,үдемеліні араластыру бойынша тасу оттегі шарт арқылы түседі, реакциондық зонаның негізі болып табылады, толығымен өртенеді және көміртекті болат өндірісте оксидпен құрайды темірді, марганецт, кремниді, алюминиді. Алғашқы реакциондық зонада жедел қарқынды оттегінің көпіршегі түседі. Жоғарғы қабат көпіршіктерінде металдың тотығуымен және реакцияның ағысы пайда болады. 

 

 

Бұл процестердің қортындысында, оттекті көпіршіктердің бар болуы, алғашқы реакцтондық зонада көпірігін көрсетеді. Көпіршікті болаттың өндірісінде металдың фазаның құрамында 94.....95 % құрайды үрленудің бар болуында және 99 % көбісі соңында тотығудың шарты бойынша шлактың артықшылығы аксидтік темірден тұрады.Реакциондық зонаның зерттеуінің нәтижесі бойынша шлактың құрамы, %.

Темірлі шлактың тотығуы тамшының қалыптастырылған алқашқы зонасында екінші рет реакциондық зонаға түседі. (FeO) араласқан зонасы (FЕO) металдан дифиренциалданады.

(FeO) = [Fe] + [О]

Ерітілген оттегіні әлемінде тотығу п.б.

 

Үрлену нәтижесінде жоғарғы һһһһ балқыманың реакциондық зонаның алғашқысы шарт боыйнша реакциасында ағады

Тікелей оттегінің ағысында, көзге түсетін және сонан сон едәуір шамада қалыптасады ерітілген металдың хроиға дейін Сr₂O₃.

Шлактың құрамы реакцтондық зонада үрлену арқылы жасалған жоғарғы хромисті балқымасы анықталған болады. Бірақта мүмкіншіліктер мен сендіру тоталдық тотығу эленментінің алғашқы реакциондық зонада хромдық темірлі шлакты құрайды.

Мысалы, толық есептеу тотығу кезінде металдың тамшы балқымасы 16% құраушы Сr және 84% Fe, шлак құрайды, 17-8% Сr₂O₃. Мұндай шлак сұйық күйінде болады. Оттегінің көпіршілктерімен бірге және СО құрастырылуымен және металдың балқымасымен ол алғашқы реакциондық зонада шлакты газалық – металдық көпірікті құрайды.

Осы зонаның шлакты тамшысы екінші зонаға түседі мөлшерлі көлемде тотығуға көміртекті кремний, марганец шығады. Хромның тотығуы жоғары болуы, темірмен салыстырғанда, оттегінің ұқсастығының пайда болуы бұл жерде жоғары құрамды қалпына келтіріледі. Сондықтан да салдарынан жұмсау (FeO) системалық газдың жоғалуы СО шлактың Сr₂O₃ құрамы жоғарылайды.

Уақытында балқуы біршама хромның бұрыңғы қалпына келуі мүмкін шлактың тамшысы металға түскенінде. Термодинамикалық анализдер көрсеткендей, хромның тотығуы реакциондық зонада маңызды роль ойнайды, бүтін АКР процесінің тотығы кезінде.

3. Болат балқыту өндірісінде металл құрамындағы хромның тотығу қабілетін айтыңыз

 

 

Жоғары құрамды пеште емес тат баспайтын тазартылған болаттың хромы көміртекпен хроммен тотығуы мүмкін.Көміртектің тотығуы көпсатылы процесс болып табылады, массасының өзіндік сатысы және жеткізіп беру оттегісі, көміртегінің ең төменгі құрамы (0,15% аз) – көміртектің реакцияға және химиялық реакцияның сұйық металға. Температура кезінде болатты балқыту процессі химиялық реакуцияның жылдамыдығы на қарағанда жылдамырақ және сондықтан, ол термодинамикалы тепе-теңдікке тәуелсіз дәрежеде аударма массасының шарты бойынша жақындауы мүмкін. Сондықтан көміртектің тотығуын теңдік арқылы жазуға болады.

Теңдік (1) сол себепті энтальпияның аз мағынасы, температурадан әлсіз тұрақты шаманың тәуелділігі. Сондықтан температурадан тәуелділігі аз және құрамды көміртектің тепе – теңдігі.

Болаттың құрамындағы хром, тотығу нәтижесінде пайда болады Сr₃O₄

Сr₃O_{4 (ТВ)} = 3[Сr] +4[0]

Температураның тұрақты массасының тәуелділігі бұл реакцияға тепе – тең

lg k _Сr3O4=

(1) Және (2) теңестіруде (1) теңдеуде рекацияның көбісі оңға қарай араласады, өнім жасаумен көміртектің монототығу реакциясы температураның жоғарылауында, азайтылған тепе – теңдікті ерітілген оттегімен топтау көміртектің белсенділігін артырады. (2) теңдеуде көцрсеткенудей, храмның тотығу қабілеті температура көтерілген кезде өседі, бұл хромның химиялық ұқсастығы хромға деген қатынасы, температураның өсуіне байланысты ақырындап ұлғаяды.

 

 

№6 билет

 

1. Зиянды қоспалар металл сапасына әсер етуі.

Шлак ролі  

Сұйық металл балқу мен құюпроцестері кезінде шлакпен тікелей контактте болып онымен әрекеттеседі. Шлак құрамы, оның температурасы, сұйық жылжуы және басқа да параметрлер балқу процесі мен металл сапасына әсер етеді. Болат балқытушының негізгі мақсаты - металдан зиянды қоспаларды кетіру (әдетте ол күкірт пен фосфор). Оларды металдан шлакқа ауыстырып, кері процесті болдырмау үшін жағдай жасау қажет. Шлак құрамын, қасиеттерін және температурасын өзгертіп, металлдағы мар­ганец, кремний, хром және басқа да қосылыстардың мөлшерін реттеуге болады. Сондықтан сапалы болат алу үшін болат балқытушы алдымен берілген құрам мен консистенциядағы шлак алу керек. 

Әдетте болат балқыту шлакқа қойылатын талаптар:

1. Шлак металлдан зиянды қосылыстардың кетірілуін қамтамасыз ету керек. 

2. Балқытудың тотықтырғыш периодында шлак агрегат атмосферасынан шлак арқылы оттегінің металға интенсивті өтуін қамтамасыз ету керек.   

3. Басқа периодтарда және шығардан кейін шлак оттегінің атмосферадан металға өтпеуін қамтамасыз ету керек.   

4. Шлак газдардың (азот пен сутегі) атмосферадан металға өтуін болдырмау керек.  

5. Агрегаттан кететін шлак құрамында темір мөлшері көп болмау керек, өйткені бұл кезде шихта темірін пайдалану дәрежесі төмендейді

6. Болат балқыту кезінде шлак металлға жақсы жылу беру қажет.

7. Құю кезінде шлак металдың салқындануын болдырмау керек.

8. көптеген жағдайда шлактарға қосымша талаптар қойылады. (Мысалы, шлак құрамына, егер оны құрылыс немесе басқа материалдарды, жолдар төсемелері, ізбестеу, топырақты құнарландыру, ванадий, титан, хром металдарын енгізу үшін қолданса).

Жоғарыда аталғаннан көрінгендей, шлакқа қойылатын талаптар әр түрлі. Берілген құрамдағы шлакты алу үшін оған есептелген мөлшерде қоспаларды енгізеді. Қажетті жағдайларда берілген құрамдағы шлакты алу үшін оны айдап, қажетті мөлшерде қоспаларды енгізіп жаңа шлак алады. Операцияны екі немесе үш рет жүргізу мүмкін.  

2. Болат балқыту өндірісіндегі көміртегінің тотығу реакциясын көрсетіңіз

 

СО₂ + С = 2СО.

 

3. Барлық кремнийдің тотығу жағдайында жүретін процессті түсіндіріңіз

 

.Кремнийдің тотығуы

Кремний темірде кез-келген арақатынаста ериді.Ерігенде белгілі бір мөлшерде жылу бөлінеді.Кремний ерігенде Гиббс энергиясының өзгерісі (болат балқыту үрдісінің температуралар ауданында) ΔG^o = –131 800–17,32 Т тең.Темірдегі кремний ерітіндісі Рауль Заңынан терісіауытқуымен мінезделеді,бұл кремний мен темср арасындағы айқын байланыстардың бар екенін көрсетеді.

Температура әсері

Кремний-жеңіл тотығатын элемент.Металлда кремнийдің тотығуы оның оттегімен әрекеттесуі нәтижесінде болуы мүмкін:

А) ерітілген металлда

[Si] + 2[О] = (SiО₂),

ΔG^o = –542 000 + 202,83 Т;

 

Б)газ фазасының құрамында

[Si] + О_2(г) = (SiО₂),

ΔG^o = –775 000 + 198,04Т;

 

В) темір тотығында қожда

[Si] + 2(FeO) = (SiО₂) +2Fe;

ΔG⁰= – 29 900+98,04T

 

Барлық жағдайда кремнийдің тотығуы нәтижесінде белгілі бір мөлшерде жылу бөлінеді.Термодинамикалық нақты есептеулерде қождың нақтылы құрамындағы кремнийдің тотығуының Гиббс энергиясының өзгерісін есікеру керек. ΔG^o көрсетілген мәндерінен көрініп тұрғандай тотықтандырғыштың болуы креңнийдің тотығуы температураның барлық интервалында қарқынды жүреді,бұл болат балқыту үрдісінде мінезделеді.

 

№7 билет

1. Металды тазартудың қандай әдістерін білесіз?

Металл тазарту [өңдеу]

Металл тазарту (нем. raffіnіren – тазарту, франц. raffіner – тазарту) – қорытылған металдар мен қорытпаларды қажетсіз зиянды қоспалардан арылту.
Шикізаттан өндірілген алғашқы металл 96 – 98% шамасында негізгі өнімнен, қалғаны бөгде қоспалардан тұрады. Физикалық, химиялық, механикалық қасиеттерінің тиімсіздігіне байланысты мұндай металдарды өнеркәсіпте пайдалануға болмайды, яғни оларды қайта өңдеу, тазарту қажет.
Металл тазарту: пирометаллургиялық, электролиттік және химиялық әдіс болып үш түрге бөлінеді.

· Пирометаллургиялық Металл тазарту – жоғары темп-рада жүргізілетін процестердің негізгі түрі. Ол металдар мен қорытпаларды алу, олардың сапасын арттыру, тазарту үшін қолданылады. Су ерітінділері мен тұз балқымаларында жүргізілетін электролиттік әдіс өте таза (көбінесе түсті) металдар алу үшін қолданылады.

· Металдар мен бөгде қоспалардың қышқылдар мен сілтілерде түрліше еруіне байланысты химиялық тазалау әдісі қолданылады. Асыл металдарды тазарту аффинаж деп аталады

2. Еріген металдағы кремнийдің тотығуы немен әрекеттесу нәтижесін түсіндіріңіз

1.Кремнийдің тотығуы

Кремний темірде кез-келген арақатынаста ериді.Ерігенде белгілі бір мөлшерде жылу бөлінеді.Кремний ерігенде Гиббс энергиясының өзгерісі (болат балқыту үрдісінің температуралар ауданында) ΔG^o = –131 800–17,32 Т тең.Темірдегі кремний ерітіндісі Рауль Заңынан терісіауытқуымен мінезделеді,бұл кремний мен темср арасындағы айқын байланыстардың бар екенін көрсетеді.

Температура әсері

Кремний-жеңіл тотығатын элемент.Металлда кремнийдің тотығуы оның оттегімен әрекеттесуі нәтижесінде болуы мүмкін:

А) ерітілген металлда

[Si] + 2[О] = (SiО₂),

ΔG^o = –542 000 + 202,83 Т;

 

Б)газ фазасының құрамында

[Si] + О_2(г) = (SiО₂),

ΔG^o = –775 000 + 198,04Т;

 

В) темір тотығында қожда

[Si] + 2(FeO) = (SiО₂) +2Fe;

ΔG⁰= – 29 900+98,04T

 

Барлық жағдайда кремнийдің тотығуы нәтижесінде белгілі бір мөлшерде жылу бөлінеді.Термодинамикалық нақты есептеулерде қождың нақтылы құрамындағы кремнийдің тотығуының Гиббс энергиясының өзгерісін есікеру керек. ΔG^o көрсетілген мәндерінен көрініп тұрғандай тотықтандырғыштың болуы креңнийдің тотығуы температураның барлық интервалында қарқынды жүреді,бұл болат балқыту үрдісінде мінезделеді.

2.Марганецтің тотығуы

Марганец темірде кез келген арақатынаста ериді.Темірге атомдық массасы және басқа да қасиеттері ұқсас болғандықтан,марганец темірмен ерітінді құрайды.Таза ерітіндіде Fe–Mn марганец белсенділігі Рауль заңы бойынша өзгереді.Тәжіребеде Fe–C–Mn ерітіндісі бар.Оттегі марганецтің белсенділігің төмендетеді,бұл марганец карбидінің түзілуіне байланысты болуы мүмкін және де Рауль заңынан теріс ауытқу байқалады.

Температура әсері

Марганец-жеңіл тотығатың әсіресе төмен температурада,сонымен қатар келесідей тотықтар түзеді: МnО₂, Мn₂О₃, Мn₃О₄, МnО.

Жоғары температурада МnО тұрақты болып келеді.марганецтің тотығуы оттегімен әрекеттесуі нәтижесінде болады еріген металлда

 [Мn] + [О] = (МnО),

ΔG^o= –244 000 +108,78 Т,

сонымен қатар газ фазасындағы оттегімен

[Mn] + l/2O_2(г) = (MnO),

ΔG^o = –361000 + 106,39 T

немесе темір тотығымен қожда

[Мn] + (Fe)= (МnО) + Fе_ж

ΔG^o= –123000 + 56,40 Т.

Гиббс энергиясының өзгерісі негізінде келесідей қорытынды жасаймыз:

1)марганецтің тотығуы барысында жылу бөлінеді

2) жоғары температурада қождағы марганецті қайта қалпына келтіруге болады.

 

Глоссарии

Тазартылған шақпақ металл – орынсыз металл қоспаларынан немесе қоспалардан бастапқы тазалау процесінде бөлініп алынған өзіндік құндылық. Металды шақпақтап тазартудың негізгі 3 әдісі бар: пирометаллургиялық, электролитикалық және химиялық.  

Термопар – екі біріккен әр текті электр өткізгіштен тұратын термоэлектрлі құрылғы (әдетте металдық өткізгіштер, сирек жартылай өткізгіштер). Қимылы Зеебектің әсеріне негізделген. Егер өткізгіш түйісуі әр түрлі температурада болса, онда тізбекте электр тогы пайда болады.

Хром (Cr) – Периодтық жүйенің VI топ элементі. 1797 жылы француз химигі Л.Н.Воклан ашқан. Хром тау жыныстарында тұтас, берік кен түзеді. Хромның 20 минералы белгілі. Өндірістік мәнге тек хромшпинелид қана ие (54%-ке дейін Cr). Хром – қиын балқитын көгілдір болат түстес қатты, ауыр металл.

Көміртегі (С) – периодты жүйенің 4-тобындағы алғашқы элемент. Көміртегі жер қабатының жоғары бөлігіне жиналады (биосфера): нақты түрде 18%, ағаш түрде 50%, көмір тасы түрінде 80%, мұнай түрінде 85%, антрацит түрінде 96%. Литосферада көміртегінің көп бөлігі көп жағдайда әктас және доломит түрінде шоғырланған. Көміртегінің 4 кристалды түр өзгерісі белгілі: графит, алмаз, карбин, лонсдейлит.

Аргон (Ar) – периодты жүйенің VIII топ элементі, инертті газ. Түссіз, иіссіз, дәмсіз газ. 1894 жылы ағылшын физигі Дж.Рэлей мен У.Рамзай ауаның құрамында бар екендігін анықтаған. Табиғатта аргон тек бос күйінде кездеседі. Аргонның ауадаға көлемдік концентрациясы 0,93%. Өндірісте аргон ауаны терең суыту процессі арқылы алынады. Тазарталған болат алуда, металлургиялық өндірісте (қорытуда, құю кезінде және т.б.) қорғаныс ортасы ретінде қолданылады.

1.Кремнийдің тотығуы

Кремний темірде кез-келген арақатынаста ериді.Ерігенде белгілі бір мөлшерде жылу бөлінеді.Кремний ерігенде Гиббс энергиясының өзгерісі (болат балқыту үрдісінің температуралар ауданында) ΔG^o = –131 800–17,32 Т тең.Темірдегі кремний ерітіндісі Рауль Заңынан терісіауытқуымен мінезделеді,бұл кремний мен темср арасындағы айқын байланыстардың бар екенін көрсетеді.

Температура әсері

Кремний-жеңіл тотығатын элемент.Металлда кремнийдің тотығуы оның оттегімен әрекеттесуі нәтижесінде болуы мүмкін:

А) ерітілген металлда

[Si] + 2[О] = (SiО₂),

ΔG^o = –542 000 + 202,83 Т;

 

Б)газ фазасының құрамында

[Si] + О_2(г) = (SiО₂),

ΔG^o = –775 000 + 198,04Т;

 

В) темір тотығында қожда

[Si] + 2(FeO) = (SiО₂) +2Fe;

ΔG⁰= – 29 900+98,04T

 

Барлық жағдайда кремнийдің тотығуы нәтижесінде белгілі бір мөлшерде жылу бөлінеді.Термодинамикалық нақты есептеулерде қождың нақтылы құрамындағы кремнийдің тотығуының Гиббс энергиясының өзгерісін есікеру керек. ΔG^o көрсетілген мәндерінен көрініп тұрғандай тотықтандырғыштың болуы креңнийдің тотығуы температураның барлық интервалында қарқынды жүреді,бұл болат балқыту үрдісінде мінезделеді.

3. Металдан фосфорды жою операциясын сипаттаңыз

Дефосфорация – Балқытылған шойыннан, болаттан немесе қождан фосфорды жою. Тотығу дефосфорация кезінде металдағы фосфор Р₂О₅ болып байланысады, ол қожда фосфаттын тетракальциясы түрінде берік сақталады.

Дефосфорация үрдісінде FeO 2 түрлі роль атқарады,бір жағынан- тотықтырғыш,екінші жағынан-негіз, Р₂О₅ пен қосылып (FeO)_m · (Р₂О₅) секілді қосылыс түзейді.

Фосфордың аластатылуы СаО реакцияға түсуімен байланысты,сондықтан қорытынды қождағы СаО белсенділігіне тәуелді.(қож негізділігі,барлық қождағы компоненттері ескерумен есептелген).Металл мен қождағы фосфордың арасында тепе-теңдікке жақын күйге жетуі жылдам жүреді,балқыту соңында фосфордың төмен мөлшерін алу үшін,қож массасын көбейту керек(сурет 4)Бұл үшін қондырғыға қоспалар қосады,құрамында фосфоры жоқ,бұл деген қождағы фосфордың белсенділігін жасанды түрде төмендету.Бірақ қож мөлшерін көбейту қосымша жылу шығыны мен темір жоғалтуларына әкеліп соқтырады.Сол себепті қожды құйып алу тура(қожды көпіршіктендіру) және жасанды(қондырғыны еңкейту)жолмен қондырғыдан қожбен бірге фосфорды аластатуға мүмкіндік береді.

 

4сурет. Балқыту соңындағы металлдағы фосфор мөлшерінің [Р] фосфордың әртүрлі мәнінде Р_исх(алғашқы) қож мөлшеріне(% балқыту массасынан) тәуелділігі.Қож негізділігі CaO)/(SiO₂) = l,8; (FeO) = 15%

 

Содан кейін қондырғыға қоспалар қосады,құрамында фосфоры жоқ.(бұл операцияны наводка шлака дейді)Бұдан қождың құрамында фосфордың мөлшері төмендейді және реакция тепе-тендігі фосфордың тотығуы,қожға өтуі жағына ауысады. Қажеттілігіне байланысты қожды жаңарту операцияларын қайталайды.Көп жағдайда қождың жаңартылуы бір рет қана жүгізіледі.Қож түзілуі фосфордың тотығу реакциясы жылдамдығына әсер етеді. Неғұрлым сұйықаққышты темір-ізбестті қож жылдам түзілсе,соғұрлым фосфордың тотығуы тез жүреді.

Егер сұйық металлы бар болат балқыту қондырғысына,басқа қондырғыда дайындалған темір-ізбестті қожды құйсақ,онда дефосфорация үрдісі сұйық металл мен сұйық қож әсерлескен жағдайда басталады.Бұл қағидаға негізделе отырып КСРО-да 20жылдардың соңында инженер Точинскии металлды синтетикалық қожбен өңдеуді ойлап тапты.Ол болат құрамындағы фосфор жоғары болса ковшта осы болат пен сұйық темір-ізбестті қожбен араластыруды ұсынды.Бұл металлдағы фосфор мөлшерін 3-10есе төмендетуге мүмкіндік берді.