6 Расчетная часть

6.1 Расчет растворимости водорода в железе и стали шх15

Рассчитаем растворимость водорода в железе при Т=1600⁰С по формуле:

(4)

Затем рассчитаем содержание водорода в стали ШХ-15 после выплавки на ШП.

(5)

Определяем f_H:

(6)

Из базы термодинамических данных выбираем параметры взаимодействия водорода:

Теперь по формуле (5) вычислим растворимость водорода в

стали ШХ15:

Растворимость водорода в железе и в стали ШХ15 представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Растворимость водорода в железе и в стали ШХ-15

Рассчитаем по формулам (4) и (5) растворимость водорода в железе при Т=600⁰С и содержание водорода в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

Пересчет коэффициентов проводим по формуле:

(8)

Теперь по формуле (5) вычислим растворимость водорода в

стали ШХ15:

Рассчитаем по формулам (4) и (5) растворимость водорода в железе при Т=900⁰С и содержание водорода в стали ШХ-15 после выплавки на ШП:

Теперь вычислим растворимость водорода в стали ШХ-15

Рассчитаем по формулам (4) и (5) растворимость водорода в железе при Т=1400⁰С и содержание водорода в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

Определение количества аргона для продувки стали ШХ-15 в ковше при Т=1600⁰С.

М_ст=130 т., [H]_нач=0,0008%масс, [H]_кон=0,0002%масс.

В соответствие с формулой Геллера уравнение, описывающее зависимость концентрации водорода от количества продуваемого аргона V_Ar, м³ имеет вид:

(8)

После интегрирования (Т=1600⁰С) получим:

(9)

Тогда,

Расход аргона на 1 тонну стали:

При таком расходе аргона при продувке в ковше на УПК может быть бурное кипение металла. Поэтому удаление водорода из металла без вакуума практически невозможно.

Для определения количества водорода, удаляемого из металла на этапе вакуумирования задаемся содержанием водорода в начальный [H]_нач и конечный [H]_кон моменты вакуумирования, а по разнице Δ[H]=[H]_нач×[H]_кон определяем убыль водорода при обработке.

Принимаем [H]_нач=0,0008% масс (8ppm) и [H]_кон=0,0002% масс (2ppm), тогда Δ[H]=[H]_нач·[H]_кон=0,0008-0,0002=0,0006% (6ppm).

Количество удаленного водорода составит:

(10)

6.2 Расчет растворимости азота в железе и стали шх-15

Рассчитаем растворимость водорода в железе при Т=1600⁰С по формуле:

(11)

Затем рассчитаем содержание азота в стали ШХ15 после выплавки на ШП.

(12)

Определяем f_N:

(13)

Из базы термодинамических данных выбираем параметры взаимодействия азота:

Теперь вычислим растворимость азота в стали ШХ15

Рассчитаем по формулам (11) и (12) растворимость азота в железе при Т=600⁰С и содержание азота в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

Рассчитаем по формулам (11) и (12) растворимость азота в железе при Т=900⁰С и содержание азота в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

Рассчитаем по формулам (11) и (12) растворимость азота в железе при Т=1400⁰С и содержание азота в стали ШХ15 после выплавки на ШП:

Растворимость азота в железе и в стали ШХ15 представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Растворимость азота в железе и в стали ШХ-15

По аналогии с водородом рассчитываем количество аргона для продувки стали ШХ-15 в ковше при Т=1600⁰С.

М_ст=130 т., [N]_нач=0,008%масс, [N]_кон=0,006%масс.

Тогда,

Расход аргона на 1 тонну стали:

Для определения количества азота, удаляемого из металла на этапе вакуумирования задаемся содержанием азота в начальный [N]_нач и конечный [N]_кон моменты вакуумирования, а по разнице Δ[N]=[N]_нач·[N]_кон определяем убыль азота при обработке.

Принимаем [N]_нач=0,008% масс и [N]_кон=0,006% масс, тогда Δ[N]=[N]_нач·[N]_кон=0,008-0,006=0,002% масс.

Количество удаленного водорода составит:

(14)