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: 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 х_Сао = 2,4*56 / 40 = 3,36 (графа 7);

40 56

2,4 x

Si + 4F = SiF4

28 76 104 x_SiF4 = 2,2 * 104 / 76 = 3,0 (графа 14)

y 2,2 x

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

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

SiO₂ = Si + ½ O₂ x_SiO2 = 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 К_пер = 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 = М_покр / М_{стержня} = 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 * К_пер = 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.

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