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      x         y

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                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.