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: nCaF2 + mSi02 = (n — 2m) CaF2 + 2mCaO + mSiF4
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 + 4F = SiF4
28 76 104 xSiF4 = 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 Al2O3
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 % Al2O3 (графа 13).
2.7. Расчет жидкого стекла.
Жидкое стекло с модулем m = 2,7 разлагается на Si02 и Na20,
( Na20) * (2,7 * Si02) = Na20 + 2,7 (SiO2)
62 60
причем, содержание SiO2 = 33 * 2,7 / (2,7 + 1) * 60 / 62 = 23,3
т.е., на 1 молекулу Na20 приходится 2,7 молекулы SiO2. Всего в жидком стекле 2,7 + 1 = 3,7 . 60 и 62 — соответственно, молекулярные массы Si02 и Na20, содержание
Na20 = 33 * 1,0 / (2,7 + 1) * 62 / 60 = 8,9 .
Значения для SiO2= 23,3, и Na20 = 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 | Na20 | MnO | A1203 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| Мрамор | 52,0 | 38,2 | СаС03Si02 | 93,0 5,0 | — | 19,9 | — | 1,9 | — | — | — | — | 15,6 | |
| Плавиковый шпат | 14,0 | 10,3 | CaF2Si02 | 95,05,0 | — | 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 | MoSiAl | 22,0 3,0 5,0 | — | — | — | 0,11 | 0,8 | — | — | 0,2 | — | |
| Жидкое стекло в массе сухой шихты | 45 | 33 | Si02 Na20 | 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