Раскисление стали цирконием

Термодинамика раскисления цирконием. Температурная зависимость константы равновесия реакции окисления циркония кислородом в железе. Значения молярных и массовых параметров взаимодействия циркония и кислорода в железе. Раскислительную способность кремния.

Рубрика Химия
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 10.12.2018
Размер файла 250,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Раскисление стали цирконием

Ромашкин А.Н.

Термодинамика раскисления цирконием

Цирконий реагирует с кислородом по реакции (1).

[Zr] + 2[O] = ZrO2, тв (1)

Константа равновесия реакции (1) по различным данным составляет величину порядка 10-10. В табл. 1 приведена подборка литературных данных об изменении энергии Гиббса, а также уравнения температурной зависимости константы равновесия реакции окисления циркония кислородом в железе. В табл. 2 приведены значения молярных и массовых параметров взаимодействия циркония и кислорода в железе по различным литературным данным.

Таблица 1. Изменение свободной энергии и температурная зависимость константы равновесия реакции окисления.

ДG° = ДH + ДS•T

lgK = A/Т + B

K1873

источник

-ДH

ДS,

-A

B

Кал/моль

Дж/моль

Кал/моль

Дж/(моль•К)

189000

791154

55,20

231,07

41325

12,07

1•10-10

[1]

187195

783598

55,81

233,62

40930

12,20

2•10-10

[2]

Таблица 2. Параметры взаимодействия первого порядка в жидком железе при 1600 °С

еRR

eRR

OR

-eOR

-eRO

источник

188,2

0,50

2,86

[2]

6,14

0,018

166,6

0,44

2,54

[3]

9

0,026

[4]

5,66

0,017

[5]

11,4

0,032

[6]

269

0,717

[7]

15,1

0,042

580

1,540

8,80

[8]

247

0,658

[9]

7,63

0,022

[10]

162

0,429

2,47

[11]

1127

2,995

17,09

[12]

162

0,429

2,7

[13]

788

2,093

11,96

[14]

180

0,477

2,74

[15]

С учетом приведенных данных (A = -40 930; B = 12,20; eOR = -0,50 и eRR = 0,018) уравнение изотермы равновесного содержания кислорода описываемое уравнением (2)

lg [O] = 1/n•lg KRmOn - m/n•lg [R] - (m/n•eRR + eOR)•[R] -

- (m/n•eRO + eOO)•(KRmOn/[R]m)1/n (2)

примет вид:

lg [O] = -4,825 - 1/2•lg [Zr] + 0,491•[Zr] - 4,64•10-5/[Zr]1/2 (3)

Иллюстрация раскислительной способности циркония в сравнении с другими элементами приведена на рис. 1. Как видно он обладает относительно высоким сродством к кислороду и поэтому, теоретически, он может быть эффективно использован для раскисления расплавов на основе железа.

Однако цирконий характеризуется высоким сродством к азоту. При содержании циркония на уровне нескольких сотых процента и азота на уровне нескольких тысячных возможно образование вторичных (по термовременной классификации Явойского И. И.) нитридов. Такие нитриды имеют относительно крупные размеры (несколько мкм) и, поэтому, являются нежелательными. Поэтому, учитывая, что возможность удаления таких неметаллических включений очень сильно ограничена, при расчете требуемых концентраций азота, циркония и кислорода в стали следует исключать возможность их формирования.

Рис. 1. Раскислительная способность элементов в железе

Практика раскисления стали цирконием

Раскислительную способность кремния и циркония пытался сравнить Беккет [15, 16], присаживая эквивалентные количества кремния в виде ферросилиция и силикоциркония одновременно в два ковша стали одной и той же плавки Результаты анализов показали, что содержание кислорода в стали, обработанной цирконием, в два раза меньше содержания его в стали, обработанной только ферросилицием.

Раскислительную способность циркония и кремния сравнивали по данным исследования 34 плавок, в которых усвояемость сплавов в среднем характеризовалась следующими величинами:

Ковш А. Сталь обрабатывали присадкой силикоциркония (50 % Si, 33,38 % Zr), усвояемость кремния - 97 %, циркония - 59,7 %

Ковш Б. Сталь обрабатывали присадкой ферросилиция (60 % Si), усвояемость кремния - 85,8 %

Меньший угар кремния в ковше А объясняется защитным действием циркония. Тот факт, что цирконий выгорает больше, чем кремний, когда эти два элемента одновременно присутствуют в одном и том же сплаве, также говорит о более высокой раскислительной способности циркония. Сплавы силикоциркония растворяются в жидкой ванне так же легко и спокойно, как и ферросилиций.

Симс, Саллер и Боулджер [17] раскисляли сталь в 110-кг основной высокочастотной печи несколькими раскислителями, включая металлический цирконий и силикоцирконий Их результаты показали, что при введении 0,01...0,32 % Zr 70 % его связывается с кислородом. Во многих экспериментальных плавках, раскисленных большими количествами циркония, были обнаружены скопления или "облака" оксидных включений, представляющие собой главным образом частицы силиката циркония. Симс с сотрудниками [17] постулировал теорию, которая предполагает существование некоторой формы циркониевого оксида (возможно ZrO), обладающего высокой растворимостью в жидкой стали. Растворимость этого соединения изменяется в зависимости от остаточного содержания циркония, растворенного в жидком металле, если допустить, что нерастворимая часть его присутствует в окисленной форме.

Дилер [18] приводит результаты изучения влияния циркония на содержание неметаллических включений в стали при его присадке в печь и в ковш. Всего было проведено 50 плавок электростали марки SAE 4140 и две плавки мартеновской стали. Относительное количество включений, определенное подсчетом было следующим:

плавки без присадки циркония (11 плавок) - 23,41 %;

плавки с присадкой циркония в печь (22 плавки) - 13,40 %;

плавки с присадкой циркония в ковш (17 плавок) - 10,14 %.

Из этих данных видно, что сталь получается более чистой, когда цирконий присаживают в ковш. Следует, однако, отметить, что после введения циркония жидкую сталь следует выдерживать в ковше достаточно длительное время для того, чтобы обеспечить полное завершение соответствующих реакций.

Портевен и Кастро [19] изучали включения в сплаве ферросиликоциркония и установили, что оксидная фаза в сплаве встречается в виде идиоморфных кристаллов треугольной, квадратной и округлой формы. Эти включения или бесцветны, или окрашены в зеленовато-серый цвет при косом освещении и характеризуются двойным лучепреломлением в поляризованном свете. Температура плавления их выше температуры плавления сплава; из этого следует, что они относятся к силикатам группы SiO2-ZrO2. В сталях, раскисленных силикоцирконием, были обнаружены [4] мелкие округлые твердые, но легко полирующиеся включения. Эти частицы в основном были прозрачны, бесцветны или слегка окрашены в зеленоватый цвет и обладали при нагреве невысокой пластичностью. По мнению Портевена и Кастро, эти включения, судя по их низкой температуре плавления, не были чистым силикатом циркония, а скорей представляли собой силикаты марганца, содержащие цирконий.

Таблица 3. Влияние циркония на содержание кислорода в стали [16]

Номер плавки

Ковш

Состав стали, %

Zr

O

C

Si

Mn

309

А
Б

0,10
Нет

0,0085
0,0096

0,27
0,27

0,17
0,17

0,77
0,77

310

А
Б

0,11
Нет

0,0040
0,0081

0,50
0,49

0,17
0,18

0,30
0,31

207

А
Б

0,09
Нет

0,0025
0,0152

0,50
0,50

0,23
0,21

0,57
0,57

307

A1
А2
A3

0,08
0,18
0,32

0,0059
0,0015
0,0014

0,62
0,64
0,64

0,94
1,15
1,37

0,43
0,43
0,43

285

А
Б

0,15
Нет

0,0047
0,0096

0,98
0,99

0,15
0,21

0,37
0,38

Примечание А - присадка силикоциркония, Б - присадка ферросилиция

Список использованной литературы

раскисление цирконий железо кремний

1. Chipman J. Oxidation and deoxidation equilibria in basic open-hearth steelmaking. American Institute of Mining and Metallurgical Engineers. New York. 1951. Chap. 16. P. 621...690.

2. Куликов И.С. Раскисление металлов. М.: Металлургия, 1975. 504 с.

3. Buzek Zd., Macoszek M., Szlaver J. \ Hutnicke listy. 1972. T. 28. № 8. S. 547...557 и Buzek Z. \ Hutnicke listy. 1979. Т. 34. № 10. S. 699...704.

4. Сабирзянов Т.Г. \ Известия АН СССР. Металлы. 1960. № 1. C. 181...186.

5. Buzek Z. Sbornik vedec praci vysoke skoly. 1967. T 13. № 2...3. S. 165...170.

6. Янке Д.Ф., Фишер В.А. \ Черные металлы. 1976. № 8. C. 26...30.

7. Теплицкий Е.Б., Владимиров Л.П. \ Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1973. № 3. C. 5...7.

8. Снитко Ю.П., Суровой Ю.Н, Лякишев Н.П. \ Доклады АН СССР. 1983. Т. 268. № 5. С. 115...117.

9. Теплицкий Е.Б., Владимиров А.П. Исследование термодинамики взаимодействия циркония с кислородом в расплаве железа. Коммунарский горно-металлургический институт. Коммунарок. 1986. 7 с. Черметинформация, ДР № 34-38-ЧМ от 10.06.86.

10. Buzek Z. \ Hutnicke listy. 1983. T. 33. № 5. S. 170...177.

11. Sigworth G.K. Elliot J.F. \ Metal science Journal. 1974. V. 8. № 9. P. 298...310.

12. Pho Pham, Eckstein H.-J. \ Heue Hiitte. 1980. Bd. 25. № 6. S. 218...220.

13. Pho Pham, Eckstein H.-J. \ Heue Hutte. 1980. Bd. 25. № 9. S. 342...344.

14. Иванов Р. \ Металлургия. 1960. Т. 35. № 3. C. 6...8.

15. Becket F.M. Some Effects of Zirconium in Steel \ Trans. Am. Electrochem. Soc, 43, 1923. P. 261...269.

16. Field A.L. Some Effects of Zirconium in Steel \ Trans. Am. Inst. Mining Met. Engrs. V. 69. 1923. P. 848...894.

17. Sims C.E., H.A. Sailer and F.W. Boulger. Relative Deoxidizing Powers of some deoxidizers for steel \ Trans. Am. Inst. Mining Met. Engrs. 1949. V. 185. P. 814...825.

18. Zieler W. Non-metallic inclusions in steel: their distribution through the ingot. The effects of deoxidizers, especially zirconium, sodium and calcium upon them \ Arch. Eisenhuttenw. V. 5. 1931...1932 (1931). P. 209...314.

19. Portevin A.M. and Castro R. Morphology of the Inclusion in side-rurgical products. Parts IV and V. \ J. Iron Steel Inst. V. 135. 1937. Р. 223...254.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Сущность классических вариантов конвертерных процессов получения, реакция окисления углерода, зависимость от параметров дутьевого режима: положения фурмы и расхода кислорода. Способы измерения состава конвертерного газа, образующегося в реакционной зоне.

    статья [46,1 K], добавлен 03.05.2014

  • Спектроскопия как физический метод исследования веществ, его точность и широкое применение в различных областях химии. Термодинамические параметры реакции (константы равновесия, энтальпии и энтропии реакции) бис-ацетилацетоната меди (II) с пиридином.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 09.03.2012

  • Рассчет сродства соединений железа к кислороду воздуха при определееной константе равновесия реакции. Определение колличества разложившегося вещества при нагревании. Вычисление константы равновесия реакции CO+0,5O2=CO2 по стандартной энергии Гиббса.

    тест [115,4 K], добавлен 01.03.2008

  • Определение константы равновесия реакции. Вычисление энергии активации реакции. Осмотическое давление раствора. Схема гальванического элемента. Вычисление молярной концентрации эквивалента вещества. Определение энергии активации химической реакции.

    контрольная работа [21,8 K], добавлен 25.02.2014

  • Понятие степени окисления элементов в неорганической химии. Получение пленок SiO2 методом термического окисления. Анализ влияния технологических параметров на процесс окисления кремния. Факторы, влияющие на скорость получения и качество пленок SiO2.

    реферат [147,2 K], добавлен 03.12.2014

  • Основные требования к промышленным реакторам. Термодинамика и кинетика окисления диоксида серы. Математические модели химических реакторов. Модель реактора идеального вытеснения и полного смешения. Получение максимальной степени окисления диоксида серы.

    курсовая работа [284,2 K], добавлен 17.06.2010

  • Строение бензола и его реакционная способность. Доноры электронов, активаторы ароматического ядра. Реакционная способность нафталина. Реакции электрофильного присоединения и окисления. Реакции нуклеофильного замещения в галогенаренах и галогенбензилах.

    контрольная работа [1,4 M], добавлен 28.02.2013

  • Акролеин как простейший альдегид этиленового ряда, его получение методом окисления олефинов по насыщенному атому углерода. Расчет материального и теплового балансов стадии синтеза. Термодинамический анализ основной реакции и расчет константы равновесия.

    курсовая работа [546,4 K], добавлен 12.03.2015

  • Уравнение состояния идеального газа. Электронные формулы атомов и элементов. Валентные электроны для циркония. Последовательное изменение окислительной способности свободных галогенов и восстановительной способности галогенид-ионов от фтора к йоду.

    контрольная работа [451,5 K], добавлен 02.02.2011

  • Аналитическая зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Интервалы температур теплоты испарения, возгонки и плавления. Температурная зависимость давлений насыщенного пара для твердого и жидкого вещества. Равновесные парциальные давления.

    лабораторная работа [263,4 K], добавлен 03.05.2009

  • Протекание химической реакции в газовой среде. Значение термодинамической константы равновесия. Расчет теплового эффекта; ЭДС гальванического элемента. Определение массы йода; состава равновесных фаз. Адсорбция растворенного органического вещества.

    контрольная работа [747,3 K], добавлен 10.09.2013

  • Изменение скорости химической реакции при воздействии различных веществ. Изучение зависимости константы скорости автокаталитической реакции окисления щавелевой кислоты перманганатом калия от температуры. Определение энергии активации химической реакции.

    курсовая работа [270,9 K], добавлен 28.04.2015

  • Химическая термодинамика. Основные понятия термодинамики. Первое начало термодинамики. Приложения первого начала термодинамики к химическим процессам. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Закон Кирхгофа. Второе начало термодинамики.

    лекция [994,2 K], добавлен 25.07.2008

  • Окисление органических соединений и органический синтез. Превращение, протекающее с увеличением степени окисления атома. Соединения переходных металлов. Реакции окисления алкенов с сохранением углеродного скелета. Окисление циклических соединений.

    лекция [2,2 M], добавлен 01.06.2012

  • Этанол и его свойства. Расчет изменения энтропии химической реакции. Основные способы получения этанола. Физические и химические свойства этилена. Расчет константы равновесия. Нахождение теплового эффекта реакции и определение возможности ее протекания.

    курсовая работа [106,7 K], добавлен 13.11.2009

  • Общие сведения о диоксиде серы, термодинамика окисления. Ванадиевые катализаторы для окисления, механизм и кинетика. Материальный и тепловой баланс РИВ. Обоснование выбора адиабатического реактора для синтеза аммиака, программа расчёта коэффициента.

    курсовая работа [236,2 K], добавлен 16.09.2011

  • Реактор идеального вытеснения. Реактор полного смешения. Изменение скорости окисления SO. Расчет изменения температуры через адиабатический коэффициент. Вычисление равновесных концентраций веществ, константы равновесия. Вычисление парциальных давлений.

    курсовая работа [278,9 K], добавлен 20.11.2012

  • Зависимость скорости PGH-синтазной реакции от концентрации гемина, кинетическое уравнение процесса. Константа Михаэлиса и величина предельной скорости реакции. Зависимость начальных скоростей реакции от концентраций субстрата при наличии ингибитора.

    курсовая работа [851,2 K], добавлен 13.11.2012

  • Принципы независимости скоростей элементарных реакций в системе и детального равновесия. Последовательные односторонние реакции. Метод квазистационарных концентраций Боденштейна и мономолекулярные реакции. Аррениусовская зависимость в газах и жидкостях.

    реферат [85,7 K], добавлен 29.01.2009

  • Второй по распространенности (после кислорода) элемент земной коры. Простое вещество и элемент кремний. Соединения кремния. Области применения соединений кремния. Кремнийорганические соединения. Кремниевая жизнь.

    реферат [186,0 K], добавлен 14.08.2007

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.