1.2 Определение допустимого содержания кислорода в отходах, вовлекаемых в шихту

Выведем зависимость, характеризующую возможность использования отходов в шихте. Она позволит оценить количество кислорода, которое допускается ввести в слитки с отходами, и выявить общие требования к качест­ву отходов, вовлекаемых в шихту.

Обозначим концентрацию кислорода в губчатом титане (предполагается, что губка этой марки применяется для выплавки всех слитков) через , содержание кислорода в слитках через , прирост концентрации кислорода в слитке за каждый двойной переплав шихты через , а прирост концентрации кислорода в слитке за счет вводимых в шихту отходов через .

Очевидно, что в слитке, выплавленном из шихты, не содержащей отходы (так называемый основной металл), содержание кислорода будет равным

(3)

В слитке, выплавленном только из отходов основного металла, содержание кислорода составит:

(4)

Второе слагаемое (в скобках) отражает упрочнение слитка за счет кислорода, привносимого отходами и еще одним двойным переплавом шихты.

В первом слитке, который выплавлен из шихты с введением в нее доли отходов, равной N, содержание кислорода будет составлять:

При постоянном добавлении в шихту доли отходов N, образованных от каждого предыдущего слитка, в шихту последующего концентрация кислорода увеличивается и для n-ного слитка составит:

Рассматривая выражения в скобках как сумму членов геометрической прогрессии, можно записать:

Предельное содержание кислорода в слитке (последнее выраже­ние при , т.е. при ) выразится следующей формулой, показы­вающей принципиальную особенность использования отходов в шихте при выплавке слитков титана:

Чтобы выявить требования к качеству отходов, последнюю формулу преобразуем к виду . Тогда

(5)

Воспользуемся формулой (5) для производства расчетов допустимого прироста содержания кислорода в слитках из-за введения в шихту отходов, исходя из реальных концентраций кислорода в серийных сплавах и губчатом титане, характерных для современного уровня технологии производства слитков титановых сплавов. Максимально допустимое (предельное) содержание кислорода ( ) в большинстве промышленных титановых сплавов, согласно ГОСТ, составляет 0,15%. Содержание кислорода в губчатом титане ( ) колеблется, в зависимости от марки губки, в пределах 0,04...0,08%. Величина зависит от многих технологических факторов (тип и объем печи, разрежение при плавке, натекание и др. ) и принимается равной 0, 04%. Подставляя в формулу (5) приведенные значения , и можно определить максимально допустимое содержание кислорода, вносимое в слиток с отходами ( ) при разной доле N вводимых в шихту отходов.

При анализе результатов выполнения задания по разделу 1 следует иметь в виду, что различные виды титановых отходов характеризуются следующими усредненными, взятыми из практики, значениями ,%: стружка - 0,18, листовая обрезь - 0,08, кусковые отходы - 0,07 (при 100%-ном введе­нии отходов данного класса в шихту).