Анализ данных о составе остывшего шлака, образуемого при газовой (кислородно-ацетиленовой) резке низкоуглеродистой ста­ли, показывает, что данные эти весьма разноречивы, поскольку одни исследователи указывают на содержание в шлаке всех трех окислов железа; вторые — на содержание FeO и Fe304 и отсут­ствие Fe203; третьи, наоборот, обнаруживают FeO и Fe203 и не определяют Fe304 и, наконец, четвертые обнаруживают только один окисел Fe304. В то же время, все эти данные свидетельствуют о наличии в остывшем шлаке какого-то количества неокисленного железа, процентное содержание которого можно считать равным 15—20%.

Разноречивость данных различных исследователей о составе образуемого при газовой резке шлака вызвана тем, что все эти анализы проводились на шлаках, полученных при различных усло­виях резки, а именно: при разной толщине стали и различных ре­жимах резки, различных соотношениях горючей смеси, чистоте и расходе кислорода, скорости резки и т. д.

Кроме того, практически результаты химических анализов шлака не могут быть одинаковыми, так как система железо—кисло-

род характерна тем, что окислы железа FeO и Fes04, образуя твер­дые и жидкие растворы между собой, образуют также твердые и жидкие растворы с железом, осуществляя как бы непрерывное поглощение кислорода.

В условиях резки при температуре ишака выше 1383' С обра­зовавшаяся Ре;10.і должна переходить на воздухе в Fe304, осво­бождая часть кислорода, так как при температуре 1383 С упру­гость диссоциации Ре203, достигая 21240 Па (0,21 ат), становится равной парциальному давлению кислорода воздуха. Высказанное положение справедливо только для случаев резки стали сравни­тельно небольшой толщины, когда шлака образуется мало и когда весь он соприкасается с воздухом. При резке же стали большой толщины шлак образует большие скопления, внутренние объемы которых оказываются изолированными от воздуха и в них не про­исходит перехода Fe203 в Fe304.

Несмотря на то, что для составления теплового баланса про­цесса разделительной резки имеет значение не конечное состояние продуктов резки, а состав окислов, образующихся в зоне реак­ции, — из-за сложности непосредственного определения состава шлаков в разрезе, материальный и тепловой баланс разделитель­ной резки сталей строят, заменяя фактический состав шлаков условным (расчетным), состоящим из 100% FeO. Такая замена является оправданной с точки зрения теплового эффекта при расчете на единицу кислорода вне зависимости от образующегося окисла. Так, на 1 г-мол кислорода выделяется теплоты при образовании FeO £) = 537,8 кДж (128,6 ккал); при образовании Fe:;04 Q = = 561,3 кДж (133,45 ккал); при образовании Fe203 Q = 553,8 кДж (132,3 ккал). Средний тепловой эффект на 1 г-мол кислорода состав­ляет 552,7 кДж (131,45 ккал). Отклонения от этого среднего зна­чения для условного состава флюсов—не более 2—2,5%, что вполне приемлемо для практических расчетов.

Полный материальный баланс процесса ацетилено-кислородной разделительной резки низкоуглеродистой стали в общей форме можно представить следующим образом:

GFe + Gk. h + .о,; + GK.11 4" = GpeO+

+ GFe « 4- Oi - -4- G4-ґїи

Feso3

где GFe — масса удаленного из разреза железа; G1( п — масса кис­лорода, идущего на подогревающее пламя; Git ок — масса кислорода, идущего на горение (окисление) железа; G,. в —масса кислорода, идущего на выдувание окислов; G, — масса ацетилена, идущего на подогревающее пламя; GFeо— масса образующейся FeO; ^FeaOj — масса образующихся Fe304 и Fe203; Gfc — масса несго­ревшего железа, удаленного кислородной струей из разреза; Geo, — масса отходящего углекислого газа С02; Gn.,o — масса отходящего водяного пара Н,0; Gq2 — масса кислорода, неиспользованного

при горении ацетилена и железа и удалении (выдувании) окислов (непроизводительные потери кислорода).

В упрощенном виде все основные составляющие материального баланса кислородной резки на основании принятого выше допу­щения МОЖНО свести К количеству сжигаемого металла Gpe*

Действительно, для резки средних толщин расход кислорода на окисление GK0K составляет

^GFe = 0,285GFe.

Так как GKB в этом случае приблизительно равен GK0к, то сум­марный расход режущего кислорода составит яїЮ,57 Gpe. Расход

ацетилена подогревающего пламени по отношению к общему расходу кислорода составляет около 10—15%. Так как при резке приме­няют подогревающее пламя с избытком кислорода (р0 = 1,5), то легко определить GKn. При резке средних ТОЛЩИН GK п 0,15 GFe и Ga »0,1 Gfc-

Таким образом, общий расход кислорода при резке средних толщин составляет Ы),7—0,72 Gpe или на сжигание металла объемом 1 см3 расходуется ^ 4 л кислорода и ^0,5 л ацетилена.

Полный тепловой баланс кислородной резки в общей форме представляется следующим выражением:

Qn. ll "fQr. HC + Qr. Г1 — Он AJ + Qj] Ї 1 h +QjI.[fi+QlH

где Qn n—теплота, выделяемая подогревающим пламенем (рас­считывают исходя из расхода горючего и его низшей теплотворной способности); Qc ж—теплота, выделяемая при сгорании железа; Qr п — теплота, выделяемая при сгорании примесей в железе (при обычных составах низколегированных сталей дает увеличение об­щего теплового эффекта реакции горения металла на 2—4%);

Qn-Mn —теплота подогревающего пламени, расходуемая на нагрев металла; <2ГНЖ^П—-теплота, за­трачиваемая на нагрев металла сжиганием железа и примесей;

Qh ш — теплота, затрачиваемая на нагрев шлака; Qn — потери теплоты (унос перегретыми га­зами, потери на излучение, по­догрев струи режущего кисло­рода).

Тепловой баланс газовой раз­делительной резки листовой низ­коуглеродистой стали толщиной 15 мм Представлен на рис. 91.

С изменением толщины раз­резаемой стали значения отдель­ных параметров теплового ба­ланса разделительной резки меняются. При резке сталей малых толщин (до 12 мм) определяющим фактором является теплота, сообщаемая подогревающим пламенем, а не теплота образования окислов железа, как это имеет место при резке сталей больших толщин (рис. 92).

глава XVI