Реакция - обезуглероживание
Cтраница 3
Между тем потребности практики требуют знания закономерностей, определяющих протекание химических процессов во времени. Это необходимо для разработки методов интенсификации процессов в промышленных агрегатах, а также способов их автоматизации. Так, установление временного закона, описывающего протекание реакции обезуглероживания стали, необходимо для создания автоматического управления конвертерами л открывает возможность оптимизации их работы. [31]
Водородная коррозия по своему механизму является межкристаллитной, так как связана со способностью водорода при повышенной температуре и давлении к диффузии в структуру металлов по границам структурных зерен. Процесс проникновения водорода в структуру металла вызывает так называемую водородную хрупкость, которая характеризуется резким снижением прочности металла. Водородная хрупкость вызывается, с одной стороны, реакциями обезуглероживания стали за счет восстановления цементита водородом с образованием железа, а с другой - образованием по границам зерен металла паров воды и метана, которые создают в толще металла значительное давление. Это давление и уменьшение объема металла ( удельный объем железа меньше удельного объема цементита) вызывают появление многочисленных микротрещин, которые и снижают механическую прочность металла. [32]
Одной из задач, стоящих перед металлургами, является интенсифика-щия процессов производства металла и, в частности, изыскание путей ускорения реакций между жидким металлом и шлаком. Для успешного решения этой задачи важно знать, чем лимитируется кинетика взаимодействия металла с шлаком. Известно, что в некоторых случаях перемешивание заметно ускоряет реакции обезуглероживания, обессеривания и другие [1-5], что свидетельствует о диффузионном режиме процесса. Ответ на поставленный вопрос можно дать, определив константу скорости реакции и коэффициенты диффузии реагирующих веществ в обеих фазах. [33]
Углерод, участвующий в указанных реакциях, находится в феррите непосредственно на поверхности микрополо-стей со скопившимся в них водородом. По мере удаления углерода из твердого раствора а-железа образуется градиент концентраций углерода между микрополостью и окружающим ее перлитом, что приводит как к диффузии углерода в зону реакции, так и к распаду цемен-тнтноп составляющей. Нижним температурным пределом реакции обезуглероживания при атмосферном давлении является 310 - 320 С. Увеличение давления снижает температурную границу реакций обезуглероживания с образованием метана, например, при давлении 50 МПа до 200 - 220 С. Следует учитывать, что в условиях высоких температур и давлений атомарный водород по границам зерен диффундирует существенно активнее, чем по самим зернам. Диффузия по зернам затруднена относительно малой растворимостью водорода в зернах феррита, потенциальными барьерами в виде границ зерен, дефектами кристаллической решетки ( поры, коллекторы), улавливающими водород, повышенной энергией активации. [34]
 |
Структура стали 15Х2М в стенке трубопровода после семи. [35] |
Диффузия водорода в решетке металла ( стадия решеточного переноса) происходит посредством перемещения протонов, отдавших свои электроны электронному газу. Водород в виде протонов, по сути, является активным химическим элементом. Он может взаимодействовать с собственными атомами или с атомами других химических веществ и дислокациями. При высоком давлении водорода и температурах 200 С равновесие реакции обезуглероживания смещается в сторону образования метана и происходит практически полное разложение цементита. Размер молекул метана ( d 296 нм) достаточно большой, чтобы такая молекула свободно диффундировала через решетку железа. При выходе к границам зерен, где имеется избыток водорода, они гидрируются до образования метана. [36]
Если процесс обезуглероживания протекает при давлении 1 - 2 ат и содержание углерода не опускается ниже 0 05 %, что имеет место в большинстве сталеплавильных процессов, то количество СО2 в продуктах реакции пренебрежимо мало. Например, после закупоривания слитка кипящей стали реакция обезуглероживания развивается при давлении, достигающем 15 ат [ 45, с. Высокое давление может иметь место также в тех случаях, когда реакция обезуглероживания встречает большие кинетические затруднения. [37]
Страницы: 1 2 3