Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Сибирский
государственный индустриальный
университет»
Кафедра металлургии черных металлов
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по учебной дисциплине «Теория и технология производства стили»
Особенности поведения марганца при выплавке стали в конвертере
Выполнил: ст-т группы ММЧ-12
Денисов Я.В.
Проверил:
Дмитриенко В.И.
Новокузнецк
2015
Содержание
Введение……………………………………………………………………………..….…3
1. Применение марганца………………………………………………………………..6
2. Поведение марганца в кислородном конвертере…………………………………..8
3. Основные принципы получения заданного содержания марганца в стали……….16
4. Окисление и восстановление марганца……………………………………………...18
5. Кинетика окисления марганца……………………………………………………….20
6. Влияние марганца на процесс шлакообразования в конвертере………………….21
7. Влияние основности шлака на активность оксида марганца в шлаке……………25
Список использованных источников...............................................................................31
Введение
Марганец является одним из самых дешевых и распространенных легирующих элементов.
Металлический марганец очень хрупок, поэтому в чистом виде он имеет ограниченное применение. В основном он используется для получения сплавов, важнейшим из которых является сталь.
Марганец как раскислитель в количестве 0,25 - 0,5% содержится в кипящей, полуспокойной и спокойной стали почти всех марок.
В кипящей стали марганец обычно является единственным раскислителем. Раскислительная способность марганца относительно не высока, но обычно бывает достаточной для раскисления кипящей стали. При наличии в металле кремния, алюминия, титана и других сильных раскислителей присутствие в расплаве указанного количества марганца не оказывает существенного влияния на его окисленность.
Основное положительное влияние марганца состоит в уменьшении вредного влияния на свойства стали серы. Марганец, имея высокое химическое сродство к сере, образует сульфид MnS, который при кристаллизации металла выделяется из раствора в виде тугоплавких, хаотически расположенных включений. Для выделения серы из металла в виде сульфидов марганца отношение концентраций марганца и серы в стали должно отвечать условию Mn/S > 20 - 22.
Марганец расширяет область устойчивого существования γ - Fe, т.е. повышает устойчивость аустенита и увеличивает степень его переохлаждения. Благодаря этому наличие в стали марганца резко уменьшает критическую скорость закалки. Поэтому марганцовистая сталь прокаливается значительно глубже, чем простая углеродистая.
Растворяясь в феррите, марганец повышает прочностные характеристики стали (пределы прочности и текучести), особенно при содержании углерода 0,1 - 0,5%. Но при этом несколько уменьшается пластичность металла (относительное удлинение и ударная вязкость).
Повышая износостойкость и упругость металла, марганец широко применяется для легирования конструкционных, пружинно-рессорных, износостойких и других марок стали.
Чаще всего применяются низко - (0,8 - 1,8% Mn) и высоколегированные (10 - 15% Mn) стали, в которых в качестве легирующего элемента могут присутствовать также хром, никель и др. Марганец в легированных сталях часто является заменителем более дорогого и дефицитного никеля.
В конструкционных сталях марганец может быть единственным легирующим элементом (0,8 - 1,8%), но значительно чаще используется легирование металла марганцем в сочетании с кремнием, хромом и другими элементами.
Из высоколегированных сталей наиболее широкое распространение получила сталь 110Г13Л или сталь Гатфильда (1,0 - 1,2% C, 12 - 14% Mn). Этот металл обладает высокой износостойкостью, благодаря высокой вязкости и пластичности внутренних слоев металла при высокой твердости поверхностного слоя. Она используется для изготовления деталей, работающих в условиях ударно-адразивного изнашивания: зубья ковшей экскаваторов, шары шаровых мельниц и др. Сталь Гатфильда плохо поддается обработке давлением и резанием, поэтому изделия из нее в основном получают в литом виде.
В некоторых марках стали марганец является нежелательной примесью. Наличие в структуре металла карбидов марганца уменьшает пластичность стали, особенно при комнатной температуре. Поэтому, например, в низкоуглеродистой стали, предназначенной для получения изделий методом глубокой штамповки без нагрева (автомобильные кузова и др.) и в стали для изготовления канатов содержание марганца не должно превышать 0,2 - 0,3%.
Основные физико-химические свойства марганца
Марганец имеет следующие физико-химические свойства: относительная атомная масса - 54,93; плотность - 7420 кг/м3; температура плавления - 1244°С; температура кипения - 2150°С; теплота плавления - 14700 Дж/моль.
Влияние температуры на величину давления насыщенного пара марганца можно описать уравнением.
где PMn - давление насыщенного пара марганца, Па.
При 1600°С PMn = 3,2 кПа, тогда как давление насыщенного пара железа при этой температуре составляет около 20 Па. Поэтому в испарениях металла марганец всегда присутствует в значительных количествах, хотя его содержание в самом металле во много раз меньше содержания железа. В связи с этим в сталеплавильных процессах иногда приходится учитывать возможность потерь марганца вследствие испарения, например, во время выпуска плавки с высоким содержанием марганца, при вакуумировании, а также при различных способах переплава с использованием вакуума.
Свойства и размеры атомов железа и марганца почти идентичны Атомным радиусы железа и марганца равны соответственно 1,28 · 10-8 и 1,31 · 10-8 см, радиусы ионов - 0,82· 10 - 8 и 0,91 · 10-8 см. У γ - Fe и δ - Mn сходные типы кристаллических решеток и очень близкие их параметры.
По этой причине в жидком железе марганец имеет неограниченную растворимость. Его растворение сопровождается очень малым тепловым эффектом, поэтому раствор марганца в жидком железе с достаточной для практических целей точностью можно считать идеальным.