Читать реферат по всему другому: "Вакуумное рафинирование сплавов на основе железа" Страница 3

(Назад) (Cкачать работу)

определяется скоростью процесса в тех или иных условиях. Удалению газов из стали предшествует доставка их к поверхности раздела металл-газ в результате диффузии и конвекции. Следующая стадия процесса - образование молекул газа из растворенных в металле атомов и переход их в газовую фазу. Определенную роль играет также отвод молекул газа с поверхности раздела[1]. Сравнение коэффициентов диффузии водорода и азота показывает, что скорость удаления водорода должна быть значительно выше скорости удаления азота. Практика вакуумной обработки стали подтверждает это. Массоперенос азота из объема на поверхность в четыре-семь раз медленнее массопереноса водорода. Это объясняется тем, что азот, являясь поверхностно-активным элементом, в присутствии более активных элементов (кислорода, серы и др.) вытесняется ими с поверхности раздела газ-металл в объем жидкого металла. Кислород, сера и другие поверхностно-активные элементы, заполняя поверхность раздела, уменьшают ее активную площадь для подвода и удаления азота. Из изложенного следует, что дегазация стали при вакуумной обработке определяется интенсивностью перемешивания металла и его удельной поверхностью, поэтому продувка металла инертным газом или кипение в результате реакции взаимодействия углерода с кислородом должны увеличивать скорость удаления водорода и азота из стали. В условиях вакуума взаимодействие между углеродом и кислородом по реакции [С]+[О]↔СОг должно протекать полнее, чем при атмосферном давлении. На диаграмме рис. IV. 10 приведены зависимости активности кислорода в железе от содержания углерода, кремния, алюминия' и других элементов при 1600 °С, из которых следует, что при низком парциальном давлении СО оксиды кремния, алюминия и других элементов могут быть восстановлены углеродом по реакции (MeO)+[C] ↔[Me]+СОг, где (МеО) -SiO2, А12O3 и др. Приняв равновесное значение произведения [С] [O] = m равным 0,0025 при PCO = 0,1 МПа, можно определить m при различных значениях Pco: m = [С] [О] = 0,0025/105 Pco = 2,5*10-8 Pco, где Pco выражено в паскалях. Следовательно, обработка стали в вакууме позволяет уменьшить концентрацию кислорода в расплаве пропорционально снижению остаточного давления.

Поскольку в процессе вакуумирования происходит одновременно удаление нескольких газов, в образовавшиеся и поднимающиеся в расплаве пузыри газа, например СО, стремятся перейти другие газы, растворенные в металле до достижения равновесного парциального давления: Pco = Кс [С] [О].

Перенос растворенных газов из жидкости в пузырь может быть описан дифференциальными уравнениями:

где αHαNαO -коэффициенты массопереноса водорода, азота и кислорода в стали, см/с; [H]s, [N]s, [O]s равновесные концентрации растворенных газов при соответствующих парциальных давлениях в газовой фазе; [Н]o, [N]o, [О]o концентрация соответствующих газов в исходном металле к началу дегазации; VM-объем металла, см3; F - поверхность газовыделения при всплывай пузыря, см2.

Расчеты по приведенным схемам, основанные на анализе двойных систем, могут дать лишь приближенные данные о степени л газации стали при обработке в вакууме. На практике обычно приходится иметь дело с более сложными системами, для которых па не разработана методика расчетов, поэтому достигаемые результата не всегда совпадают с расчетными. Способы вакуумной обработки стали