Разложение карбонатов

Разрушение цементита наблюдается при действии на углеродистую сталь водорода при обычных давлениях при 310— 320° С. Повышение давления, поскольку реакция идет с уменьшением объема, сдвигает равновесное соотношение компонентов газовой фазы в сторону образования метана и снижает температурную границу обезуглероживания по этой реакции. Этим объясняется наличие водородной коррозии стали при высоких давлениях и температуре 200—300° С, а также то, что в нефтехимических производствах углеродистые стали применяются даже при давлении до 50 Мн/jn2, но только до 200° С. Термодинамические расчеты показывают, что при температурах 300—600° С и повышенных давлениях водорода происходит почти полное разложение цементита.

При нагреве в процессе термообработки в поверхностном слое нередко происходят химические и фазовые изменения, например в сталях — обезуглероживание (разложение цементита с образованием непрочной феррит-ной корки).

Разложение цементита водородом при атмосферном давлении в сталях может происходить и при температуре 300°С. Этот процесс идет с уменьшением объема, что приводит к дополнительным напряжениям на границах зерен. Толщина слоя, подвергающегося обезуглероживанию, существенно меняющему его свойства, уменьшается с увеличением процентного содержания углерода в сплаве. Так, при содержании углерода 1% толщина слоя, где еще может наблюдаться этот процесс, достигает 1,5 мм, а при содержании углерода 4% она уменьшается до 1 мм. Разрушение поверхностного слоя, насыщенного водородом, происходит в результате образования большого количества трещин по всей зоне деформирования металла.

Одновременно с проникновением водорода в сталь начинается ее поверхностное обезуглероживание. Термодинамические расчеты подтверждают, что при высоких давлениях водорода и температурах 200-600 равновесие реакции обезуглероживания смещается в сторону образования метана и разложение цементита происходит почти полностью. Процесс идет как на внешней, так и на внутренней поверхностях раздела (границы зерен и меж-фазные границы).

Графитизирующий отжиг имеет целью разложение структурносвободных карбидов и частичное разложение цементита перлита; последнее достигается медленным охлаждением отливок (с печью), Темп-ра нагрева и время выдержки, необходимые для разложения структурносвободных карбидов, зависят от хим. сост. чугуна, количества карбидной фазы и сечения отливки; она колеблется ч пределах 850— 1050°. Графитизирующнй отжиг применяется для улучшения обрабатываемости, уменьшения твердости и повышения пластичности металла отливок.

в виде пластинчатого или шаровидного графита; чугун белый, в структуре которого углерод выделился в связанном состоянии; чугун отбеленный, в отливках к-рого внешний слой имеет структуру белого Ч., а сердцевина •— структуру серого Ч.; чугун половинчатый, в структуре к-рого углерод выделился частично в связанном состоянии и частично в виде графита (пластинчатого или шаровидного); чугун ковкий, получаемый отжигом белого Ч., в процессе к-рого происходит разложение цементита с выделением хлопьевидного графита — углерода отжига; Ч. со спец. структурой—аустенитной, мартенситной, бейнитной, ферритной.

При нагреве в процессе термообработки в поверхностном слое нередко происходят химические и фазовые изменения, например в сталях-обезуглероживание (разложение цементита с образованием непрочной феррит-ной корки).

1) Полное разложение цементита с получением структуры основной металлической массы феррита (ферритный ковкий чугун). Микроструктура дана на фиг. 68 (см. вклейку).

2) Разложение цементита эвтектического и вторичного с сохранением концентрации связанного углерода, одинаковой с эвтектоид-ной или меньше неё, и структуры основной металлической массы, представляющей собой продукты распада твёрдого раствора различной степени дисперсности (специальный так называемый перлитный ковкий чугун). Микроструктура одного из типов такого чугуна (СПКЧ) дана на фиг. 69 (см. вклейку).

Отжигом на ферритный ковкий чугун достигается разложение цементита эвтектического, цементита вторичного, цементита эвтек-тоидного и получение конечной структуры феррит + углерод отжига.

Обезуглероженный ковкий .чугун получается путём отжига белого чугуна с упаковкой деталей в смесь железной руды (25°/о свежей и 75°/о отработанной). Отжиг ведётся при температуре 950—1050° С с длительной выдержкой — 25—80 час. В процессе отжига происходит обезуглероживание чугуна (больше с поверхности, меньше в сердцевине) и разложение цементита.

бв.вн — теплота, вносимая в топку с воздухом, кДж/кг (кДж/м3); 2ф — теплота, вносимая в топку с паровым дутьем, кДж/кг (кДж/м3); 2Ж — теплота, затраченная на разложение карбонатов при сжигании сланцев, кДж/кг. Физическая теплота топлива

Теплота, затраченная на разложение карбонатов при сжигании сланцев,

где QB. вн — теплота, внесенная в топку с воздухом (при его нагреве вне котла); t'TJI — физическая теплота топлива, численно равная произведению теплоемкости топлива на его температуру; Фф = Оф (<ф — 2,5) — теплота, вносимая в топку с паром, используемым для распыливания жидкого топлива (вводится лишь при установке паровых форсунок при сжигании жидкого топлива); Сф и 1ф — соответственно расход (на 1 кг топлива) и энтальпия пара; QK ==0,0406 k (СО2)к — теплота, затраченная на разложение карбонатов топлива; (СО2)? — содержание углекислоты карбонатов.

где QB. вя — теплота, внесенная в топку с воздухом (при его нагреве вне котла); /тл — физическая теплота топлива, численно равная произведению теплоемкости топлива на его температуру; Q0 = Сф (г'ф — 2,5) — теплота, вносимая в топку с паром, используемым для распиливания жидкого топлива (вводится лишь при установке паровых форсунок при сжигании жидкого топлива); Сф и /ф — соответственно расход (на 1 кг топлива) и энтальпия пара; QK = 0,0406 k (СО2)к — теплота, затраченная на разложение карбонатов топлива; (СО2)к — содержание углекислоты карбонатов.

При сжигании сланцев необходимо учитывать также потерю тепла на разложение карбонатов:

При сжигании сланцев объемы продуктов сгорания определяют с поправками на разложение карбонатов магния и кальция, содержавшихся в золе

где k — поправочный коэффициент на разложение карбонатов. Значения коэффициента k: при слоевом сжигании k = 0,7; при камерном сжигании k = 1,0. При сжигании газообразного топлива теоретический объем азота

Количество Тепла, затрачиваемое на разложение карбонатов, учитывается при сжигании сланцев и определяется по формуле

1равкой на разложение карбонатов. За горючую массу для элементарного состава и выхода летучих при-/•четом углекислоты карбонатов, поправки на образование сульфатов и окисление железа колчедана.

Задачами тепловой обработки могут быть: нагрев материала, удаление химически не связанной влаги (сушка), дегидратация (удаление химически связанной влаги), декарбонизация (разложение карбонатов СаСОз, MgCO3), физико-химические превращения с изменением структуры и частичным оплавлением материала, расплавление, варка для гомогенизации расплава и придания ему определенных свойств. Кроме того, могут быть и такие задачи, как ускорение твердения бетонов при тепловлажностной обработке, выпаривание соков для сгущения их и кристаллизации, ректификация и дистилляция.

Тепло, затраченное на разложение карбонатов: