Расчет модифицирования неметаллических включений

 

Определим длину порошковой проволоки, необходимой для модифицирования 100,0 т стали марки 15Х. Последовательно в расплав для раскисления ввели FeMn, Al, FeCr, FeSi. Химический состав готовой стали: 0,15% С, 0,55 % Mn, 0,27 % Si, 0,03 % Р, 0,03 % S, 0,03 % Al, 0,85 % Cr. Содержание углерода в металле перед раскислением составляет 0,15%. Содержание кислорода в стали на выпуске из сталеплавильного агрегата определяем по уравнению:

a₀ = 0,00252 + 0,0032 / [С%].

Тогда при [С] = 0,05 % a₀ = 0,00252 + 0,0032 / 0,15= 0,02383333% масс.

Для расчета количества и состава неметаллических включений необходимо определить температурный интервал затвердевания стали, К:

Т_ликв=1812-(80[С]+7_,5[Mn]+20[Si]+34[S]+94[P]+3,5[Ni]),

Т_ликв=1785,585К

Т_сол=1812-(410[С]+20[Mn]+18,6[Si]+940[S]+184[P]+4[Cr]+6,5[Ni]),

Т_сол=1695,408 К

 

А. Определяем количество докристаллизационных неметаллических включений.

Раскисление марганцем

Определяем количество кислорода, равновесное с 0,55 % при Т_ликв = 1785,585К:

; = 0,009027303

 

% масс

Таким образом, присадка в сталь приведет к связыванию следующего количества кислорода в процессе раскисления и охлаждения расплава до Т_ликв:

= 0,02383333- = 0,007440054 % масс.

При этом образуется следующее количество неметаллических включений ( О):

%масс.

Раскисление кремнием

Определяем содержание кислорода, равновесное с 0,27 % Si при Т_ликв = 1785,585К

, ;

при этом масс,
то есть содержание кислорода при этом изменится так:

% масс,
а количество докристаллизационных неметаллических включений типа SiO₂ составит:

% масс.

Раскисление алюминием

Определяем содержание кислорода, равновесное с 0,03 % Аl при

Т_ликв = 1785,585 К:

, ;

при этом %масс,
то есть при вводе алюминия металл будет глубоко раскислен, содержание кислорода при этом изменится так:

% масс,
а количество докристаллизационных неметаллических включений типа Al₂O₃ составит:

% масс.

Рассчитаем общее количество и состав образующихся докристаллизационных неметаллических включений при условии, что процессы взаимодействия растворенного кислорода и элементов-раскислителей проходят последовательно с достижением состояния равновесия между кислородом и введенным элементом-раскислителем до ввода последующего раскислителя. Расчёт проводится на 1 т стали:

( + + ) = (0,0330152+0,008697+0,022905) =0,06461 Кг неметаллических включений на 1 т стали.

Состав образовавшихся докристаллизационных неметаллических включений следующий:

 

Б. Определяем количество посткристаллизационных неметаллических включений.

Рассчитаем количество и состав посткристаллизационных неметаллических включении. При температуре ликвидус минимальный уровень концентрации кислорода определяется равновесием с 0,03 % Al и составляет % масс. В двухфазной области между Т_ликв и Т_сол изменение концентрации кислорода будет определяться разницей:

Рассчитаем значение по уравнению

, ;

при этом % масс

В двухфазной области между Т_ликв и Т_сол изменение концентрации кислорода составит:

0,00007956 ^%

т.е. исключительно малую величину, находящуюся на пределе чувствительности измерения с помощью кислородных зондов и анализаторов на кислород типа "ЛЕКО". Количество посткристаллизационных неметаллических включений, состоящих только из Al₂O₃,составит:

% масс

В данном расчете в качестве модификатора используем силикокальций СК40 (40 % Са). Способ присадки: порошковая проволока диаметром 10 – 16 мм, присаживается с помощью трайб-аппарата, скорость ввода 3-5 м/с.

Содержание алюминия в металле [А1] = 0,03%, следовательно, кальция нужно ввести в металл 0,003% ([Ca]/[Al] = 0,1).

Таким образом, на 114,8125 т металла потребуется кальция:

Количество СК40, необходимого для модифицирования:

На обработку понадобится при наполнении проволоки 0,315 кг/м:

Так как проволока усваивается не вся, то её расход увеличивается, и при коэффициенте усвоения 25 % составляет

м