Окисление и восстановление сплавов и сталей

 

Окисляющие газы по степени уменьшения окислительной способности можно поставить в следующем порядке: SО₂ - О₂ – Н₂О – СО₂;

Сернистый ангидрид совершенно недопустим в контролируемой атмосфере и обычно производится очистка топлива от SO₂ до подачи в генератор

Взаимодействие окисляющих газов с металлами и сплавами, включая стали, можно описать следующими реакциями [25, 26].

Окисление и восстановление оксидов металлов.

Атмосферы неравновесные.

nМе + 0₂ = mМе_n/m О_2/m; Кр₁ / Р_O2:    (6.1)

Атмосферы равновесные.

nMe + Н₂O = mМе_n/m О_l/m + Н₂;   К_р2 = Р_H2 Р_H2O    (6.2)

nМe + С0₂ = mMe_n/m O_1/m + СО;  K_p3 =P_coP_co2 (6.3)

Состав атмосферы во внешней среде регулируется направлении реакции водяного газа

CO₂ + Н₂= СО + H₂O;  Кр=(P_CO*Р_H2O) (Р_CO2*Р_H2) (6.4)

 

 

Таблица 6.2

Физические свойства газов и газовых смесей [23, 27]

Название	химическая формула или состав	ρ, кг·м3	ρ относит	Qnp, кДж/м3	t воспл с воздухом, °С	t воспл с кислородом, °С	пределы воспламенения с воздухом, %	пределы воспламенения с кислородом, %
азот	N2	1, 251	0.966	0	-	-	-	-
аммиак	NH3	0, 771	0, 597	14028	780	700...860	14..33	13... 80
бутан	С4Н10	2, 703	2.091	119049	475...550	460... 550	1.5.8, 5
водород	H2	0, 0899	0.070	10819	550... 590	450...590	4.1...75	4, 5...95
воздух	-	1.293	1.000	0	-		-
диоксид углерода	СО2	1, 977	1.529	0
метан	СН4	0, 717	0, 555	35943	650... 750	560..700	5.0... 15, 4	5...60
оксид углерода	CO	1, 25	0.966	12667	610...658	590...658	12, 5.75	13.95
пропан	C3H4	2, 019	1.562	91560	510...580	490...570	2.1...9Д	-
дисс. аммиак	75% H2, 25%N2	0, 3797	0.295	8127		-	4.0...74.2	-
частично сожженый дисс. аммиак	4…5% H2 15...20% H2 ост. N2	1, 194 1, 018	0, 923 0, 785	5 121 890	-		••	-
экзогаз богатый	15…18% H2 10…13% CO 4…5% CO2 ост. N2	1, 111	0, 86	3402			17, 5...87, 5	-

Зависимость константы равновесия реакций (6.2) и (6.3) для железа отражена на рис. 6.1.

Рис 6.1 Кривые равновесия смеси Н₂-Н₂О; СО-СО₂ над поверхностью стали

 

В применяемых контролируемых атмосферах обычно находятся обе смеси СО – СО₂; H₂-H₂O. Эти газы взаимодействуют между собой по реакции водяно­го газа (6.4.)

Константа равновесия этой реакции в зависимости от температуры может быть определена из уравнения:

 

lgKp₄=-2059/T+1, 5904*lgT*1, 817*10^-3*T+5, 65*10^-7*T²-8, 24*10^-11*T³-1, 5313 (6.5)

 

Взаимодействие атмосфер H₂ – H₂O; CO – CO₂ с некоторыми металлами по­казаны на рис. 6.2.

Рис.6.2. Взаимодействие атмосфер H₂ – H₂O; CO – CO₂ с металлами

 

Данная диаграмма связывает константу равновесия реакций окисления, температуру нагрева и степень очистки от CO₂. В частности из диаграммы вид­но. что безокислительный нагрев хрома в атмосфере СО – СО₂ невозможен из-за недостижимой степени очистки от СО₂.

По степени увеличения термодинамической возможности окисления метал­лы можно расположить в ряд [25, 26]:

Сu - Ni - Со - Mo - W - Fe - Сr - Мn - V - Al - Mg - Nb – Ti.

 Стойкость к окислению уменьшается от Сu к Ti. Из этого ряда вытекают следующие закономерности:

   - Для элементов, стоящих слева от железа (Сu, Ni, Со, Mo, W) регулиро­вание состава атмосферы проводят по константе равновесия Кр для железа. А для стоящих справа от железа (Сr, Мn, V, Al, Ti) по максимальному значению константы равновесия с учетом содержания элемента в сплаве.

- Равновесие по реакциям (6.2) и (6.3) может быть достигнуто с контроли­руемой атмосферой и элементами Fe, W, Со. Только по реакции (6.2) - элемен­тами Сr, Мn, V. С элементами Zr, Al, Be, Ti, Mg достигнуть равновесия практи­чески невозможно. Отсюда вытекает возможность применения атмосфер обеих систем для нагрева Fe, W, Со, Mo, Ni, Сu и применения только атмосферы H₂ – H₂O для нагрева Сr, Мn.

Константы равновесия реакций (6.2) и (6.3) с увеличением температуры повышаются для элементов Со, Сu, Fe, W, Mo, а для Мn, Сr, V понижаются.

 

⇐ Предыдущая25262728293031323334Следующая ⇒

Поделиться: