Металлургических процессов

В металлургических процессах при сварке нежелательные примеси (оксиды, сульфиды и фосфиды) извлекаются с помощью шлаковых фаз, растворимость в которых для этих соединений гораздо выше, чем в жидких металлах. Полнота извлечения зависит от свойств шлака, его относительного объема и коэффициента распределения (см. гл. 9).

Однако учет теплот смешения ионов и учет энтропии образования комплексных ионов приводит к очень сложным расчетам, для которых пока недостаточно экспериментальных данных. С этими вопросами снова встретимся в гл. 9 и 10 при рассмотрении взаимодействия металла со шлаком в металлургических процессах.

а так как выражения для определения констант равновесия будут идентичны, то их удобно сопоставлять между собой при определении направления взаимодействия соединений между собой в металлургических процессах. Гетерогенная система, в ко-

Водорода, как правило, по возможности избегают в металлургических процессах при сварке металлов, так как, растворяясь в металлах при температурах сварки, он может привести к возникновению дефектов сварного соединения (поры, трещины) в процессе кристаллизации. Кроме того, растворяясь в твердом металле, водород резко снижает его пластичность (водородная хрупкость) . Однако в некоторых процессах сварки (атомно-водородная, сварка в перегретом паре и газопламенная сварка) используется восстановительная способность водорода.

Значение алюминия в производственных металлургических процессах огромно. Его применяют при выплавке и разливке сталей в мартеновских и электропечах для раскисления и дегазации.

В металлургических процессах степень основности шлака (В) определяют по формуле:

Дефекты жаропрочных отливок, такие, как горячие трещины, шлаковые включения, газовые раковины, неспаи, усадочные раковины, образуются при металлургических процессах (при плавке и заливке металла, кристаллизации отливок, термической обработке и других металлургических операциях).

Многие авторы считают, что хладноломкость молибдена — характерное его свойство, а основная причина хладноломкости — резкое повышение предела текучести при низких температурах. Поэтому трудно рассчитывать на устранение хладноломкости молибдена или снижение температуры перехода к хрупкости при обычных металлургических процессах. В качестве довода в пользу природной хрупкости молибдена приводят транскристаллитный характер разрушения, наблюдаемый при некоторых испытаниях. Однако фрактографическими исследованиями установлено, что излом почти всегда происходит по границам зерен, да-

22. Щербаков Л. М.— В кн.: Поверхностные явления в металлургических процессах. «Наука», М., 1960.

17. В и ш к а р е в А. Ф. и др.— В кн.: Поверхностные явления в металлургических процессах. Металлургиздат, М., 1963, 193.

Одним из главных потребителей компрессорных машин являются предприятия черной металлургии. Компрессоры находят применение в металлургических процессах для следующих целей: подачи газовых сред в доменные печи; подачи воздуха в воздухо-разделительные установки для получения кислорода; отсасывания продуктов сгорания от агломерационных машин в процессе обогащения руд; отсасывания продуктов сгорания от кислородных сталеплавильных конвертеров и от мартеновских печей, работающих при подаче кислорода; отсасывания от коксовых батарей продуктов коксования на коксохимических заводах.

Это достигается тем, что сварочные материалы участвуют; а) в защите расплавленного металла в зоне протекания металлургических процессов, а в некоторых случаях и пагротого твердого металла от вредного действия атмосферного воздуха (насыщения его газами атмосферы) в течение всего процесса сварки — в процессе расплавления, переноса в дуге, пребывания в сварочной ванне, кристаллизации; б) в регулировании химического состава металла шва путем его легирования и раскисления; в) в очистке (рафинировании) металла шва — удалении серы, фосфора, включений окислов и шлаков; г) в очистке металла шва от водорода и азота; д) в ряде случаев в модифицировании, измельчении первичной структуры шва.

Тип соединения и число слоев влияют на химический состав металла шва, так как они определяют долю участия сварочных материалов в формировании шва и характер химико-металлургических процессов в зоне сварки.

Индукционные печи имеют преимущества перед дуговыми: в них отсутствует электрическая дуга, что позволяет выплавлять сталь с низким содержанием углерода, газов и малым угаром элементов; при плавке в металле возникают электродинамические силы, которые перемешивают металл в печи и способствуют выравниванию химического состава, всплыванию неметаллических включений; небольшие размеры печей позволяют помещать их в камеры, где можно создавать любую атмосферу или вакуум. Однако эти печи имеют малую стойкость футеровки, и температура шлака в них недостаточна для протекания металлургических процессов между металлом и шлаком. Эти преимущества и недостатки печей обусловливают возможности плавки в них; в индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом переплава или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления.

В перегретой сварочной ванне протекает ряд металлургических процессов: испарение или окисление (выгорание) некоторых легирующих элементов, например углерода, марганца, кремния, хрома и др., и насыщение расплавленного металла кислородом, азотом и водородом из окружающего воздуха. В результате возможно изменение состава сварного шва по сравнению с электродным и основным металлом, а также понижение его механических свойств, особенно вследствие насыщения шва кислородом. Для обеспечения заданных состава и свойств шва в покрытие вводят легирующие элементы и элементы-раскислители.

Существенное влияние на механические характеристики оказывает также анизотропия сварных швов, наличие мягких и твердых прослоек и других отклонений, вызванных особенностями металлургических процессов и физико-механических свойств материалов.

Характер переноса металла оказывает значительное влияние на устойчивость процесса, разбрызгивание металла, формирование шва и интенсивность металлургических процессов в дуге и ванне. В большинстве случаев, особенно при автоматизированных процессах сварки, предпочтителен струйный перенос, обеспечивающий лучшее формирование и качество шва.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Большинство металлургических процессов совершаются при постоянном давлении и температуре, поэтому для исследования условий равновесия металлургических реакций будем использовать функцию G — энергию Гиббса, которую сам автор назвал термодинамическим потенциалом:

Стремление энергии Гиббса G к минимальному значению (условие экстремума) указывает на приближение системы к равновесию при постоянной температуре и постоянном давлении, т. е. в условиях, приемлемых для исследования металлургических процессов.

Широкое применение функции G для изучения металлургических процессов требует ее некоторого дополнительного исследования.

Сварочная металлургия отличается от других металлургических процессов высокими температурами термического цикла сварки и малым временем существования сварочной ванны в жидком состоянии, т. е. в состоянии, доступном для металлургической обработки металла сварного шва. Кроме того, специфичны процессы кристаллизации сварочной ванны, начинающиеся от границы сплавления, и образования измененного по своим свойствам металла зоны термического влияния.