–негізді қож; 2–қышқылды қож
2.3 – сурет – Қож тұтқырлығының температураға тәуелділігі
Негізді қождардың тұтқырлығы СаО мөлшері жоғарылаған сайын артады. Қождың тұтқырлығын әсіресе MgO (10–12%–дан жоғары) жоғарылатады. Негізді қождың тұтқырлығын Fe2O3, SiO2, Al2O3, CaF2 төмендетеді. Өйткені бұл компоненттер СаО мен MgO–ның қожда еруіне әсер етеді. Сондықтан қождың сұйықтай аққыштығын жоғарылатып, балқу температурасын төмендету үшін конвертерге боксит (құрамы Al2O3, SiO2, Fe2O3 және т.б.) салады. Қождың балқу температурасын төмендетіп, сұйық аққыштығын едәуір арттыратын әрі әктің еруін жеделдететін балқытқыш шпат (90–95% CaF2; 5%SiO2). Темір кенін салу да қожды сұйылтып, әктің тезірек еруіне әсер етеді.
Тұтқырлығы төмен қож жылу мен массажылжымды жақсартып, жалпы үрдіске оң әсер етеді.
Қождың беттік керілісі, оның элементар бөлшектерінің байланыс күші арқылы анықталады. Болат қорыту үрдісі қождарының беттік керілісі құрам мен температураға тәуелді болып, 1400–1600ºС аралығында қ–г=0,2 – 0,6 Дж/м2. Негізді қожға беттік активті қосылыстарды (SiO2,CaF2,TiO2 және т.б.) қосу оның беттік керілісін төмендетеді.
Металл – негізді қож фаза аралық керілісі м–қ=1,0–1,2 Дж/м2, ал м–г=1,2–1,8 Дж/м2.
Металл – қож фазаларының өзара және отқатөзімді материалмен әрекеттесуі, металл емес кірінділердің құрылуы мен бөлінуі және т.с.с. жұғу құбылысына байланысты. Ол жұғу бұрышымен (2.31) сыйпатталады.
2.6 Болат қорыту үрдісінің негізгі реакциялары
Элементтердің тотығу реакцияларын қарастырғанда, олардың тепе–теңдік константасының мәнін пайдаланады. Ал нақты болат қорыту үрдісінде реакциялардың тепе–теңдік күйі орын ала бермейді. Мысалы, конвертердің оттегі үрлемесінің тотықтырғыш потенциалы өте жоғары ( = 0,1 МПа). Конвертердегі сұйық шойынды оттегімен жоғарыдан үрлеу барысында, реакциялық зона пайда болып, металл фазасы көптеген тамшыларға бөлініп, темір және басқа элементердің (Si, Mn, C, және т.б.) тотығу үрдісі басталады. Оттегі үрлемесі темірді негізінен ҒеО оксидіне тотықтырады
 (2.39)
Көміртегінің тотығуы. Конвертерлік үрдістің негізгі шикіқұрамдық материалы 4%– дай көміртегісі бар шойын болған соң, ал болаттың құрамында көміртегінің едәуір төмендігінен, болат қорыту үрдісінде көміртегінің мөлшерін төмендетеді, яғни оның тотығуы орын алады.
Көміртегінің тотығуы болат қорыту үрдісіндегі негізгі реакцияның бірі. Өйткені СО көпіршіктерінің түзілуі балқыманы араластырып, оның құрамы мен температурасының теңесуіне ықпал етеді; металл мен қождың жанасу бетін ұлғайтып, оның шекарасында өтетін барлық үрдістерді үдетеді; металл фазасындағы газдар мен металл емес кірінділердің қож фазасына өтуіне ықпал етеді.
Балқыманың көміртегісі негізінен СО оксидіне тотығады. Көміртегі тотығады [4]:
1) газ фазасының оттегісімен
[С]+1/2О2Г=СОг;  G0 =  14900040,8T; (2.40)
2) металл фазасында еріген оттегімен
[С]+[О]= СОГ; ∆G0= 25000 37,90T; (2.41)
3) қож фазасында еріген оттегімен
[С]+(FeО)= [Fe]+ СОГ; ∆G0= 115000–98,2T (2.42)
Сонымен, барлық реакцияларда температуралардың жоғарылауы бос энергия мөлшерін азайтады, яғни көміртексіздену үрдісіне қолайлы жағдай туады.
Көміртегінің тотығуы қайтымсыз реакция екендігі, түзілген СО көпіршіктерінің реакциялық зонадан шығуы және үрдістің көміртегінің үнемі азаюымен өтуі, температура жоғарылағанда көміртегінің тотығу реакциялары үдейтінін көрсетеді.
Реакцияның (2.41) тепе–теңдік константасы
КС=рСО/ [с] [0]= рСО/ [С]с [О]о (2.43)
Активтілік коэффициентінің мәні нақты анықталмағандығын әрі балқыма құрамындағы көміртегі(<1%) мен оттегінің (<0,1%) мөлшері төмен екенін ескеріп, с мен о мәндері бірге жуық деп есептелген. Сонда
КС рсо/[С][О] (2.44)
 болғанда
Кс≈1/[С]·[О] (2.45)
немесе
[С]·[О]=1/Кс=m (2.46)
Вачер мен Гамильтонның (АҚШ) тәжірибелік деректері бойынша t=1620°C, Рсо=105 Па болғанда, төмен көміртекті металл үшін
m=[С]·[О]=0,0025 (2.47)
екені анықталған.
Көміртексіздену үрдісі мына сатылардан тұрады деуге болады:
1) реакция өтетін орынға реагенттерді (С, О) жеткізу;
2) реакцияның өтуі;
3) реакция өнімінің газ фазасына өтуі.
СО–ның сұйық болатта ерігіштігі төмен, сондықтан көміртегінің тотығу реакциясы гетерогенді ортада өтеді деуге болады, яғни темірде еріген көміртегі мен оттегі атомдары металл газ шекарасында әрекеттесіп, түзілген СО газ фазасына өтеді. Үрдістің негізгі лимиттеуші сатысы бірінші немесе үшінші деп есептеген жөн.
Балқымада көміртегі мөлшері жоғары болғанда, неғұрлым оттегіні жеткізу қарқынды болса, соғұрлым көміртегінің тотығу жылдамдығы жоғары. Металдағы көміртегі мөлшері төмен болғанда, оттегіні жеткізу қарқындылығының әсері онша емес. Реакция жылдамдығын жоғарылату үшін көміртегі диффузиясын арттыру керек, айталық балқыманы араластыру арқылы.
Көміртексіздену үрдісінің жылдамдығын лимиттеуші СО көпіршігінің газ фазасына өтуі болуы мүмкін. Металда түзілген СО көпіршігі газ фазасына шығу үшін, оның қысымы үстіңгі металл мен қож қабаты қысымынан, атмосфералық қысым мен сұйық фаза бөлшектерінің тартылыс күшінен басым болуы керек, яғни
рСО  ратм+ рҚ + рм + 2/r, (2.48)
мұндағы ратм – атмосфералық қысым;
рқ – қож қабатының қысымы;
рм – металл қабатының қысымы;
– металдың беттік керілісі
r – көпіршік радиусы.
СО көпіршігі негізінен металл – шеген, металл – қож, металл – газ көпіршігі, металл – металл емес кірінді фаза аралық беттерінде түзіледі. СО көпіршіктерінің металл – шеген шекарасында түзілу жағдайы қолайлылау. Оттегімен үрлеу үрдісінде металда пайда болған газды қуыстар да СО көпіршігінің түзілуіне оң әсер етеді.
Достарыңызбен бөлісу: |
