Поведение марганца в сталеплавильных процессах
Информация - Разное
Другие материалы по предмету Разное
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 - 1244С; температура кипения - 2150С; теплота плавления - 14700 Дж/моль.
Влияние температуры на величину давления насыщенного пара марганца можно описать уравнением.
где PMn - давление насыщенного пара марганца, Па.
При 1600С 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 ? - Fe и ? - 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.
2. Окисление и восстановление марганца
Изменение содержания марганца по ходу плавки в любом сталеплавильном агрегате подчиняется следующим общим закономерностям. Качественно они одинаковы для кислых и основных процессов.
В начальном периоде плавки марганец интенсивно окисляется. Этому способствуют низкие температуры ванны и наличие первичных сталеплавильных шлаков с высоким содержанием оксидов железа.
Если шлак периода плавления в большом количестве скачивается из сталеплавильного агрегата, вместе с ним удаляется основное количество (MnO). Поэтому в дальнейшем остаточное содержание марганца в металле остается на низком уровне и по ходу плавки существенно не меняется.
Если плавка ведется без скачивания шлака, в основных сталеплавильных агрегатах реакция окисления марганца достигает состояния равновесия при остаточном содержании марганца 0,1 - 0,2% в зависимости от концентрации марганца в металлической шихте.
В заключительном периоде плавки температура ванны повышается. По-этому при незначительном повышении содержания (FeO), которое имеет место при концентрации углерода в металле более 0,2 - 0,3%, содержание марганца в металле несколько увеличивается. Но при выплавке стали, содержащей менее 0,1 - 0,15% C, в заключительном периоде плавки наблюдается быстрый рост содержания (FeO). При этом содержание марганца в металле уменьшается, несмотря на дальнейшее повышение температуры ванны.
При переработке чугуна с высоким содержанием марганца по одношлаковой технологии в результате восстановления марганца из шлака в заключительном периоде плавки его содержание в металле может быть получено на уровне, отвечающем химическому составу выплавляемой стали. Однако расчеты показывают, что при этом 67 - 75% общего количества внесенного металлической шихтой марганца будет потеряно в результате окисления. Учитывая возрастающую дефицитность марганца, более целесообразным способом получения заданного содержания марганца в стали является переработка низкомарганцевой металлической шихты и ввод недостающего количества марганца в металл в составе ферросплавов в ковше или в печи в заключительном периоде плавки.
. Основные принципы получения заданного содержания марганца в стали
Основные принципы получения заданного содержания марганца в стали.
Обычно содержание марганца в металле заключительного периода плавки ниже уровня, который предусмотрен химическим составом выплавляемой стали. Поэтому необходимое содержание марганца в стали обеспечивается дополнительным вводом в металл некоторого количества марганца в составе ферросплавов (ферромарганца, силикомарганца, металлического марганца и др.).
Ферромарганец является удобным материалом для введения в ковш, т.к. имеет низкую температуру плавления (~ 1500оС), высокую плотность и хоро?/p>