Угар и обезуглероживание металла при нагреве

При высоких температурах (выше 1000° С) и при сжигании топлива с большим избытком воздуха, как это обычно бывает при нагреве стали под ковку и штамповку, процесс окисления идет быстрее, чем процесс обезуглероживания. В этом случае после удаления окалины на поверхности изделия почти не будет обезуглеро-женного слоя. Если же в печи создана атмосфера, слабо окисляющая железо, то под слоем окалины образуется обезуглероженный слой.

Количественные показатели величины угара следующие:

  • весовой угар - в процентах от первоначального веса;
  • поверхностный угар - количество окисленного металла, отнесенное к единице поверхности, в г/см2 или кг/м2;
  • скорость окисления - отношение поверхностного угара ко времени нагрева, выраженное в г/см2·сек или г/см2·ч или кг/м2·ч;
  • толщина окалины в см или в мм связана с поверхностным угаром следующим выражением:

где а - поверхностный угар в г/см2; γ - объемный вес окалины в г/см3 (γ = 3,9÷4,0 г/см3); φFe - среднее содержание железа в окалине в г/г (φFe= 0,715÷0,765 г/г).

 

На угар металла в печах оказывают влияние следующие факторы: состав газовой атмосферы (рис. 9), температура и продолжительность нагрева, соотношение между поверхностью и весом и химический состав нагреваемого металла.

Рис. 9. Диаграмма равновесия системы: атмосфера - нагреваемый металл (сталь). АВ - пограничная линия

При температуре выше 800-1000° С SО2; О2; Н2О и СО2 являются окислителями, окись углерода СО и водород Н2 - восстановителями.

Для стали при температуре ниже 650-600° С окисление практического значения не имеет. С повышением температуры угар резко возрастает. Если при температуре 900°С интенсивность образования окалины принять за единицу, то при нагреве до 1100°С она увеличивается в 3 раза, а при нагреве до 1300° С в 7 раз.

Зависимость величины поверхностного угара от температуры (в пределах 600—1150° С) и времени имеет вид

где τ - время в мин: Т - температура в °К.

Влияние времени нагрева на угар видно из табл. 17 и 18.

 

Влияние формы тела, характеризуемой отношением поверхности нагреваемого слитка или заготовки в м2 к весу в м, на поверхностный угар показан на рис. 10.

Рис. 10. Зависимость поверхностного угара и толщины слоя металла, превратившегося в окалину, от отношения поверхности стального слитка или заготовки к его (ее) весу: 1 - поверхностный угар в г/см2; 2 - толщина окисленного слоя металла в мм.

Ориентировочные значения весового угара даны в табл. 19.

Все приведенные выше данные относятся к среднеуглеродистым сталям, при этом с увеличением содержания углерода скорость окисления несколько понижается, а с уменьшением - возрастает. Легирующие примеси (алюминий, хром, кремний, молибден, кобальт и некоторые другие) сильно снижают скорость окисления.

Никель в составе стали не окисляется, но способствует окислению железа. Никелевые стали обычно окисляются сильнее,  чем  углеродистые.  Однако н присутствии хрома и других элементов никель повышает сопротивляемость стали окислению.

Таблица 17. Угар при нагреве крупных стальных слитков в зависимости от продолжительности нагрева

Средний диаметр
слитка в мм

Ориентировочный
вес слитка в т

Время
нагрева в ч

Угар в
г/см2

Толщина о
калины в мм

900

8

10-11

1,22-1,28

4,25-4,45

1000

12

12

1,34

4,65

1100

15

15-19

1.5-1,7

5,2 -5,85

1200

25

18-21

1,64 -1,8

5,7-6,25

Таблица 18. Угар при нагреве стальных слитков и заготовок в методических печах в зависимости от продолжительности нагрева

Сечение слитка
или  заготовки
в мм

Односторонний нагрев

Двухсторонний нагрев

Продолжи-
тельность
нагрева в ч

Угар

Продолжи-
тельность
нагрева в ч

Угар

в
г/см2

в % по
весу

в г/см2

в % по
весу

100х100
150х150
200х200
250х250
300х300

3
4,4
5,7
7,5
8,5

0,180
0,445
0.93
1,13
1,36

0,9
1,53
2,1
2,35
2,5

1,5
2,2
2,9
3,6
4,3

0,13
0,316
0,6
0,8
0,97

0,65
1,07
1,52
1,65
1,8

Таблица 19. Потери металла от угара (в % по весу) при нагреве стальных заготовок и слитков в пламенных печах (печи методические, полуметодические и камерные, при загрузке и выгрузке по одной заготовке)

Размеры слитков и заготовок

Топливо

Природный газ

Мазут

Мелкие заготовки - диаметр или сторона квадрата до 50 мм

0,4 - 0,7

0,5-1,0

Средние заготовки - диаметр или сторона квадрата 50-100 мм

0,5 - 1,5

0,7 - 2,0

Крупные заготовки и мелкие слитки - диаметр или толщина 100-300 мм

1,0-3,5,

1,5-4,5

Слитки и очень крупные заготовки - диаметр или толщина 300-600 мм

2,5 - 4,5

3,0 - 5,0

Крупные слитки - диаметр более 600 мм

3,5 - 5,0

4,0 - 5,5

Примечание. Потери относятся к одному нагреву холодных слитков или заготовки до температур 1200 - 1250° С.



 
 
Добавить предприятие
 


 
 
 
 
 
 
 
Тел.: (8552) 39-71-29
промышленные предприятия Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности
 
Создание сайта Вебцентр