Поверхности концентрация

Углеродистый ферромарганец плавят непрерывным процессом, загружая в печь шихту по мере ее проплав-ления. Колоша шихты состоит из 300 кг марганцевой руды, 50 кг коксика и 15—20 кг железной стружки. О нормальном ходе процесса свидетельствуют конусы шихты высотой 300—400 мм около электродов, глубокое расположение электродов в шихте, сход шихты с откосов печи. Шихтовые материалы попадают в зону высоких температур подготовленными и подогретыми (в значительной степени удалены влага, а летучие высшие оксиды марганца перешли в низшие). Газы при плавке должны равномерно выделяться по всей поверхности колошника. При мелких шихтовых материалах газы стремятся выходить в виде свищей у самого электрода, поэтому особенно важно поддерживать вокруг электродов конус шихты и прокалыванием колошника разрушать участки спекшейся шихты.

сов у электродов. По мере оседания производят подгруз-ку шихты. По всей поверхности колошника выделяются языки пламени. Сплав и шлак выпускают в ковш через одну летку одновременно, три — четыре раза в смену. Из ковша шлак переливают через носок в шлаковню, а сплав разливают через отверстие в донной части ковша в плоские сборные чугунные изложницы для получения слитков толщиной ^200 мм, чтобы облегчить последующую их разбивку. Для получения 1 т высокоуглеродистого феррохрома затрачивается: 2000 кг руды, 300—400 кг коксика, 50 кг кварцита, расход электроэнергии составляет 3200 кВт-ч.

скольку при установившемся тепловом состоянии количество тепла, потребляемого единицей объема шихты для своего нагрева и проведения реакций, является определенной величиной. Плавку ферросилиция ведут непрерывным процессом, при этом основной задачей является обеспечение нормальной работы колошника и летки. Нормальный ход технологического процесса (схема его показана на рис. 13) характеризуется следующими показателями: . 1. Равномерным газовыделением по всей поверхности колошника, отсутствием потемневших спекшихся участков и местных сильных выделений газа — «свищей».

густой шлак (или, при длительной работе с недостатком восстановителя, выход шлака прекращается), рабочие концы электродов сильно утоньшаются и быстро укорачиваются. Температура в печи на глубине 500—600 мм от поверхности колошника при выплавке ФС45 повышается до 1800— 2000 °С, что приводит к усиленному испарению и потерям в улет не только монооксида кремния, но и восстановленного кремния. Работу с недостатком восстановителя называют закварцеванием печи. В случае длительной работы печи с недостатком восстановителя наблюдается расстройство работы летки — летка закрывается с трудом или вообще не закрывается, наблюдается просачивание металла в любом месте арочки и даже прорыв футеровки печи сплавом. Это вызвано размягчением гарнисажа у передней стенки вследствие разрушения карбидов кислым шлаком. Для исправления хода печи следует добавить восстановитель в шихту, давать коксик в виде добавок, усилить обслуживание колошника. Если эти меры не дают положительного результата, то следует несколько проплавить тигель электрода над леткой и при выключенной печи дать в тигель 150—500 кг коксика.

ратуре поверхности колошника 600 °С и удельной теплоте 813,4 кДж/м2 . 1624/2981 7,75/8,02

Нормальная работа печи характеризуется устойчивой и глубокой (~1800 мм) посадкой электродов в шихте и равномерным газовыделением по всей поверхности колошника, наличием конусов шихты вокруг электродов. Выплавка силикоалюминия характеризуется значительным образованием карбида кремния, часть оксидов шихты не восстанавливается, переходя в шлак. Мощность высокотемпературного источника тепла, электрической дуги, снижена. Основной причиной этих осложнений является высокая электрическая проводимость шихты, в том числе вследствие избытка восстановителя. Для снижения электрической проводимости шихты в печь систематически загружают смесь кварцита с восстановителем (1: 1). Загрузку брикетов при этом временно прекращают. При недостатке восстановителя наблюдается неустойчивая нагрузка на электродах, в печи накапливается шлак, затягивающий выпускное отверстие, а электроды поднимаются вверх. Для исправления хода печи к электродам подают небольшими порциями газовый УГОЛЬ. Лучшие результаты получены, когда 75—60 % восстановителя вводится в виде газового угля и 25—40 % — нефтекокса. Выпуск сплава производится непрерывно через °Дну или две летки в футерованный ковш. Выпускное отверстие периодически (по 15—20 мин в течение каждого часа) прожигают электрической дугой, добиваясь полного Удаления шлака. В случае значительных затруднений при выпуске прибегают к прожигу канала летки кислородом. Сплав содержит 60—62 % А1; 36—38% Si; 1,4—2,3% Fe; 0,5-1,0 % Ti; 0,8—1,2 % Са; 1,5—2,2 % С и 14-18 % не-

Для обеспечения хорошей работы печи необходимо как можно дольше сохранять низкий уровень колошника, поэтому шихту заваливают вручную (при выплавке СКЮ и СК15 загрузка шихты осуществляется завалочной машиной), непрерывно подгребают ее гребками с колошника к электродам и удаляют настыли карборунда с поверхности колошника. Расход электроэнергии на колошу шихты (с 200 кг кварцита) составляет 5868—6120 МДж (1630— 1700 кВт-ч) (для выплавки СК15—4320 МДж (1200 кВтХ Хч). При расчете шихты принимают использование кальция 62% (для СК15—75 %) и кремния 67%. Избыток твердого углерода (с учетом добавок) в шихте должен составлять 16—20%.

рактеризуется наличием постоянного конуса шихты (высотой 300 мм) вокруг электродов, что способствует равномерному выделению по всей поверхности колошника газов, устойчивой посадкой электродов в шихте (1200—1500 мм), сходом шихты без обвалов, соответствием заданным состава сплава и шлака, свободно выходящих из печи при выпуске. Температура плавления сплава ~1260°С и шлака 1300—1400 °С. В случае зависания шихты у электродов возможны ее обвалы, что при влажной шихте может привести к выбросу раскаленной шихты и жидкого шлака из печи; образующиеся при этом свищи имеют высокую температуру (~1000°С), могут вывести из строя механическое оборудование печи и способствуют большому улету марганца. Необходимо периодически прошивать спекшиеся участки колошника, обваливать зависшую шихту у электродов или вращать ванну печи.

Рафинирование сплава от углерода и кремния достигается в результате создания над ним так называемого рудного слоя, представляющего смесь частично расплавившихся кусков руды со шлаком. Капельки сплава, проходя при высокой температуре через этот слой, частично рафинируются от углерода и кремния, например, по реакциям (Сг, Fe)7C3+Cr203 = 2Cr+7(Cr, Fe)+3CO и 3Cr3Si-f + 2Cr203=13Cr + 3Si02. Возможно также окисление карбидов углерода углекислым газом [24]. Я. И. Островский, X. Н. Кадарметов дают следующую картину превращений в шихте в печи для выплавки высокоуглеродистого феррохрома. В поверхностном слое шихты (на глубине ~600 мм от поверхности колошника) материалы не претерпевают существенных изменений, преимущественно происходит сушка материалов. На глубине от 600 до 1000—1200 мм материалы прогреваются до 1000—1200 °С, частично восстановленные куски руды разрушаются. Наблюдается спекание материалов, образование прослоек первичного шлака, металлическая фаза содержит 67—71 % Сг и 6,2— 7,5 % С. Основная часть восстановительных процессов протекает на глубине 1200—2000 мм, где температура материалов повышается до 1400—1600 °С, хром восстанавливается на 75—81 %, а железо на 84—90 %. В металле появляется кремний, обнаружены куски кокса покрытые карбидом кремния. В нижней части зоны имеется вязкий слой полурасплавленной массы толщиной ~50 мм. Это рудный слой, содержащий в кусках недовосстановленной руды оксиды хрома и других элементов, коксик в нем почти отсутствует. Хром из руды и рудного слоя, расположенного ниже шлака, в дальнейшем восстанавливается карбидами хрома. Ниже рудного слоя расположен слой металла. Температурный режим выплавки высокоуглеродистого феррохрома определяется температурой плавления шлака, так как прогреть сплав, увеличивая выдержку его в печи в условиях плавки под закрытым колошником, не представляется возможным. Температура плавления высокоуглероди-

Плавку высокоуглеродистого феррохрома ведут с горячим колошником, чтобы увеличить улет серы. Расход электроэнергии на проплавление 1 т рудной части шихты составляет 5580—5950 МДж (1550—1650 кВт-ч). Нормальный ход технологического процесса характеризуется равномерным проплавлением шихты, устойчивой и глубокой посадкой электродов, выделением по всей поверхности колошника языков светло-желтого пламени и свободным выходом из печи жидкоподвижных сплава и шлака заданного состава. Наиболее характерными признаками нарушения технологического процесса являются следующие.

шихте достигала 40 %. Кварцит был в кусках 15—80 мм и коксик 5—20 мм. Колоша шихты состояла из 300 кг кварцита, 260 кг хромовой руды, 153—163 кг коксика и 30 кг древесной щепы. Показатели производства улучшаются при использовании окускованных шихт, ангарского полукокса и отходов графитизации [119]. Шихту загружали небольшими порциями по мере ее проплавления. У электродов поддерживали небольшие конусы. Нормальная работа печи характеризовалась равномерным выделением газов по всей поверхности колошника, отсутствием свищей и шлакования у электродов, ровным сходом шихты, устойчивой и глубокой посадкой электродов (600—700 мм) и хорошим выходом сплава и шлака.

В результате образуется диффузионный слой, на поверхности которого концентрация диффундирующего элемента наибольшая; по мере удаления от поверхности концентрация падает (рис. 256), глубина проникновения (у на рис. 256) будет представлять собой толщину слоя. Так обстоит дело, если диффундирующий элемент образует с металлом систему непрерывных твердых растворов. Если, однако, насыщающий элемент В образует с металлом А систему сплавов с ограниченной растворимостью и с химическими соединениями (рис. 257,а), то строение слоя будет определяться изотермическим разрезом диаграммы состояния этой системы при температуредиффузионного нясыщения.

Щелочь может вызывать сильное коррозионное растрескивание даже в отсутствие кислорода. Вода, имеющая рН«10-н'П, в коррозионном отношении не опасна в отсутствии парообразования. Однако в воде с таким же значением рН вблизи теплопередающих поверхностей может 'Происходить увеличение концентрации щелочи и при наличии напряжений будут наблюдаться разрушения стали типа 18-8. У теплопередающей поверхности концентрация щелочи может достигать 50—100 г/л при начальной концентрации в воде 1 г/л. Чем выше перепад температуры на теплопередающей поверхности, тем интенсивнее идет концентрирование щелочи. При температуре 330 °С в отсутствие упаривания разрушение стали типа 18-8 от щелочной хрупкости .происходит уже при концентрации гидроокиси натрия 1,4 и. В этих условиях ненапряженные сварные образцы разрушаются вследствие наличия внутренних остаточных напряжений по шву и в пришовной зоне.

При кипении растворов веществ у основания растущих на поверхности нагрева пузырьков происходит увеличение локальных концентраций примесей в жидкой фазе. Это связано с тем, что растворимость веществ в паровой фазе существенно ниже, чем в жидкости. Когда концентрация превышает предел растворимости, на поверхности нагрева вокруг центров парообразования начинается кристаллизация примесей. В последующий после отрыва пузырьков период (время ожидания) отложения могут полностью или частично раствориться. Образование на поверхности нагрева локальных периодически возникающих зон пересыщения является необходимым, но недостаточным условием для начала непрерывного увеличения количества отложений на поверхности. Оно происходит лишь тогда, когда эффективная (усредненная ЕО времени и по поверхности) концентрация примесей в жидкой фазе пристенного слоя превышает предел раство. римости Сs.

Для вкспериментальной оценки степени концентрирования необходимо знать концентрацию примеси в жирной фазе ядра потока и пристенного слоя. Негосредственное определение концентрации в пристенном слое для прогзЕслъЕого сечения канала методически очень сложно. Задача упрощается для граничного сечения, в котором концентрация равна растворимости примеси при Еффективной температуре пристенного слоя — температуре, определяющей процесс кристаллизации соли на теплообменной поверхности.

Легированная сталь Концентрация*' углерода на поверхности, % Концентрация азота на поверхности, % Твердость зубьев на поверхности ст° *2 CTflim* ' МПа у*3 'g У/4 с» *5

от поверхности концентрация

В результате образуется диффузионный слой, на поверхности которого концентрация диффундирующего элемента наибольшая; по мере удаления падает (рис. 256), глубина проникновения (у на рис. 256) будет представлять собой толщину слоя. Так обстоит дело, если диффундирующий элемент образует с металлом систему непрерывных твердых растворов. Если, однако, насыщающий элемент В образует с металлом А систему сплавов с ограниченной растворимостью и с химическими соединениями (рис. 257,а), то строение слоя будет определяться изотермическим разрезом диаграммы состояния этой системы при температуре диффузионного насыщения.

Цементации подвергают углеродистые и низкоуглеродистые стали с низким содержанием углерода (0,1-0,2 %). В результате на поверхности концентрация углерода возрастает до 0,8-1,1 % . Толщина цементованного слоя составляет 1-2,5 мм. Концентрация углерода убывает по толщине слоя по мере удаления от поверхности. Поэтому в структуре цементованного слоя можно выделить три зоны: заэвтектоидную, состоящую из перлита и расположенного по границам зерен вторичного цементита; эвтек-тоидную зону состоящую из перлита; доэвтектоидную, состоящую из перлита и феррита. При этом количество феррита по мере приближения к сердцевине возрастает.

Водородное изнашивание разрушением (ВИРАЗ). Этот вид изнашивания имеет специфическую особенность: поверхностный слой стали или чугуна разрушается мгновенно на глубину до 1 ... 2 мкм. Это происходит, когда поверхностный слой накапливает большое количество водорода. Ранее отмечалось, что процесс трения создает условия высокой концентрации водорода в поверхностных слоях стали. Трение десорбирует смазочный материал, и водород получает возможность занять большее число адсорбционных центров на поверхности. Концентрация водорода в стали непрерывно возрастает. Водород попадает в зародышевые трещины, полости, межкристальные границы и другие места. При трении происходит периодическое деформирование поверхностного слоя, и объем дефектных мест (полостей) изменяется. Поступающий в полости водород молизуется и, не имея возможности выйти обратно при уменьшении объема, стремится расширить полость, создавая высокое напряжение. Повторение цикла вызывает эффект'накопления, продолжающийся до тех пор, пока внутреннее давление в полостях не вызовет разрушения стали по всем развившимся и соединившимся трещинам.

При изучении наводороживания металлов в процессе трения следует учитывать, что распределение водорода в поверхностном слое отличается от такового при электролитическом наводорожива-нии. В последнем наибольшую концентрацию водорода имеют слои металла, прилегающие к поверхности; концентрация водорода по глубине постепенно уменьшается. В зависимости от концентрации водорода в поверхностном слое образуются внутренние напряжения сжатия, распределение которых отражает содержание водорода.

Не исключено, что массоперенос в твердой фазе сопровождает СР сплавов, у которых концентрация электроположительного компонента даже менее 1 ат.%. Соответствующие данные получены при помощи радиохимического анализа [&2—64]. Так, после анодного растворения сплава InO,3Sn (меченного In1"4 и Sn117) и послойного химического травления поверхности обнаружена область, в которой концентрация олова непрерывно Изменяется [63]. Ее толщина составляет ~ 3000 атомных слоев, причем поверхностное содержание олова примерно в 7 раз превышает объемное. На отдельных участках поверхности концентрация олова достигала 7ч-10 ат.%. Обогащение поверхности сплава электроположительным компонентом- подтверждено результатами радиохимических экспериментов со сплавами InO,25Cu [62], InO.lAg [65], а также данными регистрации обратного резерфордов-ского рассеивания ионов, возникающего при облучении пучком ионов гелия поверхности сплавов системы А1—Си (0,5ч-1 ат.% Си), подвергнутых анодной поляризации в ци-тратном растворе [60].

Применение водных растворов нитрита натрия имеет, однако, один недостаток: в засушливые времена года кристаллы нитрита натрия осыпаются и при последующей конденсации влаги на некоторых участках поверхности концентрация нитрита натрия снижается. Ввиду того, что нитрит натрия относится к анодным ингибиторам, уменьшение концентрации ниже критического значения приводит иногда к местной коррозии. В связи с этим нами совместно с Гридневым [210] был разработан более надежный способ защиты от коррозии черных металлов с помощью вязких растворов пассиваторов. Были созданы композиции, которые при любой относительной влажности воздуха не высыхают и не разжижаются. Для этой цели в водные растворы нитрита натрия вводили глицерин и оксиэтилцеллюлозу. Первый компонент обеспечивал равновесие между парами воды в атмосфере и пленкой электролита на поверхности металла, сохраняя ее постоянно во влажном состоянии, второй компонент увеличивал вязкость раствора. В дальнейшем было предложено для этих целей использовать ксилит [СН2ОН(СНОН)3СН2ОН], натрийкарбоксиметилцеллюлозу (NaKMU,) и ПАВ (для хорошего смачивания), что значительно улучшило защитные свойства вязких растворов пассиваторов. При использовании модифицированных растворов пассиваторов не требуется столь тщательного обезжиривания. Изменение динамической вязкости растворов пассиваторов при введении различных загустителей показано на рис. 10,4.