Расчет состава шлака при сварке покрытыми электродами

Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет

Кафедра Сварки Судовых Конструкций

Курсовая работа

на тему:

«

Расчет состава шлака при сварке покрытыми электродами

»

Выполнил: студент гр.1470

Им Р.И.

Проверил: Мурзин В.В.

Санкт-Петербург, 2009 г.

Содержание:

1.Исходные данные.

2.Расчет состава шлака.

2.1. Расчет Si02
.

2.2. Расчет СаО.

2.3.Расчёт Плавикового шпата.

2.4. Расчет Ферросилиция.

2.5.Расчет Ферромарганца.

2.6. Расчет Ферромолибдена.

2.7. Расчет жидкого стекла.

1. Исходные данные.

Электрод ВИ-10-6

Мрамор – 52 %

Плавиковый шпат – 18 %

Кварцевый песок – 9 %

Ферросилиций (Си - 45) – 3 %

Ферромарганец (Мн-1) – 2%

Ферромолибден – 3%

Жидкое стекло – 26-32 % к массе сухой шихты

2. Расчет состава шлака.

2.1. Расчет Si02
.

Пока считается, что двуокись кремния дает только шлаковую составляющую. Содержание кремнезема, поступившего из мрамора принимаем как 5% от массы мрамора (38,2%, графа 3), т. е. (SiO2
)ш = 38,2%*0,05 = 1,9% (записываем в графу 9).

2.2. Расчет СаО.

При содержании в мраморе 93% СаС03
содержание этого со­единения в покрытии составляет 38,2%*0,93 =35,5%.
Это количество СаС03
при сварке диссоциирует по реакции

СаС03
=СаО + СО2

100 56 44

35,5 xy

т. е. дает:

x= (СаО)ш = 35,5 * 56/100 = 19,9 % (графа 7);

y= (С02
)г = 35,5 * 44/100 = 15,6 % (графа 14).

2.3. Расчет Плавикового шпата.

Из него 5% в виде Si02
поступает в шлак:

(Si02
)ш= 10,3%*0,05 = 0,5% (графа 9)

Количество CaF2
получаем из расчета 10,3%*0,95 = 9,8%.
При сварке CaF2
реагирует с Si02
по формуле: n
CaF2 + m
Si02
= (n
— 2m
) CaF2
+ 2m
CaO + m
SiF4

Возьмем n
— 2m
=0,55n

Тогда т
= 0,225n

.

Таким образом, для т
= 1 можно рассчитать:

10,3 (CaF2
) + 0,225*10,3 (Si02
) = 0,55*10,3 (CaF2
) + 0,45*10,3 (CaO)+ 0,225*10,3 {SiF4
}

или 10,3 (CaF2
) + 2,31 (Si02
) = 5,7 (CaF2
) + 4,6 (CaO) + 2,31 {SiF4
}

В результате имеем (CaF2
) = 5,7 (графа 8). Количество CaF2
, распавшегося с образованием СаО и SiF4
в сумме вычисляется

10,3—5,7= 4,6.

Из этого количества доля кальция составляет: 4,6*40/78 = 2,4 (где 78 — молекулярная масса CaF2
),

доля фтора - 4,6*38/78 = 2,2.

В результате получаем:

Са +1/2 02
= СаО хСао
= 2,4*56 / 40 = 3,36 (графа 7);

40 56

2,4 x

Si
+ 4
F
=
SiF
4

28 76 104 xSiF
4
= 2,2 * 104 / 76 = 3,0 (графа 14)

y 2,2 x

ySi
= 2,2 * 28 / 76 = 0,81

По значению уSi
= 0,81 который восстанавливается из шлака, находим расход Si02

SiO2
= Si + ½ O2
xSiO2
= 0,81 * 60 / 28 = 1,7

60 28

x 0,81

(60 и 28— молекулярные массы Si02
и Si (чистого кремния)).

Это коли­чество Si02
= 1,7 нужно вычесть из суммарного количества (Si02
)ш (в шлаке) или из любой составляющей.

Вычтем его из (SiO2
)Ш
, по­лучаемого из кварцевого песка.

Из кварцевого песка получаем 6,6 (Si02
). Но, вычитая 1,7 на образование SiF4
, заносим в графу 9 разность 6,6—1,7 = 4,9.

2.4. Расчет Ферросилиция.

Из ферросилиция, в котором содержится: 5,9*0,75 =4,4 крем­ния, часть его пойдет на раскисление, а часть на легирование. Известно, что количества раскислителей, содержащихся в по­крытии типа ВИ-10-6 (кремний — из ферросилиция и ферротитана, титан и алюминий — из ферротитана и марганец — из ферро­марганца) достаточно для связывания кислорода из СО2
. При этом обеспечивается легирование наплавленного металла кремнием примерно до величины 0,3% и марганцем до 1%. Коэффициент перехода легирующих элементов в шов примерно составляет Кпер
= 0,55 - 0,6. Для расчета расхода кремния на легирование используем кремний из ферросилиция (т. е. считая кремний ферротитана идущим только на раскисление, так как это не меняет результатов расчета).

По паспорту относи­тельная масса покрытия ВИ-10-6 равна

К мп
= Мпокр
/ Мстержня
= 0,3—0,35;

возьмем среднюю величину ~ 0,33. Тогда для получения 0,3% Si в наплавленном металле из электродного покрытия

должно расходоваться кремния

[Si]эп
= [Si] нм
/ К мп
= 0,9 (графа 6)

Остальное количество кремния из ферросилиция (4,4—0,9 = 3,5) пойдет на раскисление с образованием кремнезема в шлаке (SiO2
)ш
:

(SiO2
)ш
= 3,5 * 60 / 28 = 7,5 (графа 9).

2.5. Расчет Ферромарганца.

Из ферромарганца часть марганца пойдет на легирование с ко­эффициентом перехода, равным 0,55, а остальная часть образует оксид марганца в шлаке (МnО)ш
:

[Mn]эп
= 3,7[Mn]FeMn
= 3,7% * 0,8 = 2,96% (в ферромарганце 80% марганца);

На легирование:

[Mn]лег
= 2,96 * Кпер
= 2,96 * 0,55 = 1,6 (графа 6).

Остальное количество марганца (2,96 —1,6 = 1,36) пойдет на образование МnО:

Mn + ½ О2
= MnО х MnО
= 1,36 * 71 / 55 = 1,8 (графа 12)

55 71

1,36 x

2.6. Расчет Ферротитана.

Из ферротитана все учитываемые элементы (титан 22%, кремний 3%, алюминий 5%) пойдут на соединение с кислородом.

Ti + ½ O2
= TiO2

48 80

Si + ½ O2
= SiO2

28 44

4 Al + 3 O2
= 2 Al2
O3

4*27 2* (54+ 48)

Титан в количестве 22% (см. табл. ) 2,2 * 0,22= 0,5%

дает 0,5 * 80 / 48 = 0,8 TiO2
(графа 10);

кремний в ко­личестве 3% 2,2 * 0,03 = 0,07

дает примерно 0,07*44/28 = 0,11 SiO2
(графа 9)

и алюминий в количестве 5% 2,2 * 0,05 = 0,11 дает

0,11 * 102 / 54 = 0,2 % Al2
O3
(графа 13).

2.7. Расчет жидкого стекла.

Жидкое стекло с модулем m = 2,7 разлагается на Si02
и Na2
0,

( Na2
0) * (2,7 * Si02
) = Na2
0 + 2,7 (SiO2
)

62 60

причем, содержание SiO2
= 33 * 2,7 / (2,7 + 1) * 60 / 62 = 23,3

т.е., на 1 молекулу Na2
0 приходится 2,7 молекулы SiO2
. Всего в жидком стекле 2,7 + 1 = 3,7 . 60 и 62 — соответственно, молекулярные массы Si02
и Na2
0, содержание

Na2
0 = 33 * 1,0 / (2,7 + 1) * 62 / 60 = 8,9 .

Значения для SiO2
= 23,3, и Na2
0 = 8,9, заносим в графы 9 и 11 таблицы.

Cоставляющие электродного покрытия	Состав покрытия		Состав материа­лов по основ­ным соединениям			Перешло в металл	Перешло в шлак							Перешло в газовую фазу
	По ре­цепту	Перерас­чет на 100%	Химическая формула	Принятое содержа­ние в %			СаО	CaF2	Si02	Ti02	Na2 0	MnO	A12 03
1	2	3	4	5		6	7	8	9	10	11	12	13	14
Мрамор	52,0	38,2	СаС03 Si02	93,0 5,0		—	19,9	—	1,9	—	—	—	—	15,6
Плавиковый шпат	14,0	10,3	CaF2 Si02		95,0 5,0	—	3,36	5,7	0,5	—	—	—	SiF4 —3
Кварцевый песок	9,0	6,6	Si02	100,0		—	—	—	4,9	—	—	—	—	—
Ферросилиций (Си-75)	8,0	5,9	Si	75,0		0,9	—	—	7,5	—	—	—	—	—
Ферромарганец (Мн-1)	5,0	3,7	Мn	80,0		1,6	—	—	—	—	—	1,8	—	—
Ферромолибден	3,0	2,2	Mo Si Al	22,0 3,0 5,0		—	—	—	0,11	0, 8	—	—	0,2	—
Жидкое стекло в массе сухой шихты	45	33	Si02 Na2 0	73,0 27,0		—	—	—	23,3	—	8,9	—	—
Итого	136	100	23,26	5,7	38,21	0,8	8,9	1,8	0,2
Расчетный состав шлака,%				33,1	8,1	54,4	1,14	12,7	2,6	0,3
Состав шлака по анализу, %				42,0	9,4	31,0	3,5	He опре- делялось	4,0	He опре­делялось

Расчетный и аналитический составы шлака при сварке электродами марки ВИ-10-6