МОДЕЛЮВАННЯ РОЗКИСЛЕННЯ СТАЛІ З ВИКОРИСТАННЯМ Mn, Si, Al У ОБЧИСЛЮВАНОМУ СЕРЕДОВИЩІ MathCAD ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ РІЗНИХ МЕТОДІВ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ РОЗРАХУНКОВИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

Abstract

Для моделювання розкислювання стали традиційними домішками (Mn, Si, Al) запропонована методика використання MathCAD, що включає різні елементи розрахунку і візуалізації отриманих результатів. Методом обчислювального експерименту показано, що при введенні розкислювача, R, тобто збільшенні [R], відбувається нелінійне зменшення концентрації розчиненого кисню [O] і модуля чисельного значення (d[O])/dR. Аналіз характеру зміни швидкості реакції розкислювання, d/dR(d[O])/dR, вказує на існування концентрації R, при якій спостерігається «злам» залежності (виявлене зниження кута нахилу функції d/(dR)(d[O])/dR=f([R]), тобто яскраво виражене зменшення зміни швидкості зниження концентрації [O]. Іншими словами, починаючи з певного значення [R], збільшення концентрації розкислювача не ефективне. Запропоновані оптимальні розрахункові концентрації розкислювачів. Гранично необхідними концентраціями розкислювачів [mass%], при яких швидкість зменшення змісту розчиненого в сталі [O] практично дорівнює нулю, являються: [Mn] ≈ 0,85; [Si] ≈ 3,35; [Al] ≈ 0,05. Технологічну концентрацію [Al], ймовірно, можна зменшити до ~0,015 % (точка «зламу»), що теоретично дозволить зменшити [O] до ~1,7·10–3 ppm при t 1600 °C. Обґрунтоване припущення, що для розкислення сталі з використанням кремнію оптимальною є концентрація [Si] 0,5 %. Для марганцю такий підхід не представляється прийнятним, для слабкого розкислювача недоцільно використовувати другу точку «зламу», оскільки при концентрації [Mn] ~0,207 % у розрахунковому експерименті спостерігається [O] ~0,2 %, а якщо застосувати чисельне значення [Mn] ~0,85 % то розрахункове значення [O] ~0,05 %, тобто у чотири рази менше. Запропонована методика моделювання дозволяє визначити гранично допустиму концентрацію розчиненого в металі кремнію [Si], використовуваного для його розкислювання, яка відповідає його концентрації, при якій спостерігається прояв зміни напряму реакції зв’язування [O] відповідно до принципу Ле Шателье – Брауна. При [Si] 3,35 mass % швидкість розкислення практично дорівнює нулю. Зміна (збільшення) концентрації [Si] призводить до змішення рівноваги у напрямі, що протидіє зробленій зміні, а саме: збільшення концентрації розкислювача призводить до зростання швидкості збільшення концентрації кисню.