yandex.metrica
Электрометаллургия

Дегазация металла и поведение в нем неметаллических включений

Дегазация металла

В окислительный период одно­временно протекают два противоположно направленных процесса:

  1. удаление газов (водорода и азота) из ван­ны в пузыри CO;
  2. поглощение газов из атмосферы пе­чи и присаживаемых в ванну материалов (железной руды, ферросплавов и т. д.).

Разложение молекул азота и водорода на атомы наиболее интенсивно в зоне элек­трических дуг. Согласно расчетам, при 3200° С в атомар­ном состоянии может находиться 0,5% азота и 40% водорода от общего их количества в атмосфере. В присут­ствии железа, являющегося катализатором реакции дис­социации, степень разложения молекул азота и водорода значительно выше.

При использовании хорошо просушенных и прокален­ных материалов скорость выделения тазов и в первую очередь водорода превышает скорость поглощения. По­этому, как правило, содержание водорода в металле и л меньшей степени содержание азота в нем в окислитель­ный период снижается.

Для дегазации металла продувка ванны кислородом при условии низкого содержания влаги в нем более эф­фективна. На одном из отечественных заводов просушивание кислорода, подаваемого в электропечи, сначала до 0,4—1,5 г/м3, а затем и до 0,04 г/м3 позволило снизить содержание водорода и уменьшить брак стали марок 18Х2НВА, 38ХМЮА и др. по дефектам, связанным с присутствием водорода в металле.

В электропечах большой емкости, характеризую­щихся глубокой ванной, пузыри СО дольше проходят через металл. Поэтому в крупных печах полнее дегази­руется металл в окислительный период: содержание во­дорода в конце окислительного периода в 100-т электро­печи на 0,5—1,5 см3/100 г оказывается обычно меньше, чем в 10-т печи.

Однако в открытой электропечи без специальной ва­куумной обработки нельзя гарантировать содержание водорода в металле на уровне 3 см3/100 г и меньше, т. е. ниже тех пределов, когда в стали не появляются флокены.

Поведение неметаллических включений

В жидком металле отсутствуют сернистые неметаллические вклю­чения (сульфиды). Они образуются в процессе кристал­лизации, когда растворимость серы в железе резко сни­жается. Поэтому по ходу плавки и разливки рассматри­вается поведение только оксидных включений.

К моменту расплавления металл содержит 0,005— 0,04% оксидных включений, преимущественно Al2O3 и SiO2. Плотность Al2O3 и SiO2 равна 4 и 2,4 г/см3 соответ­ственно, а плотность жидкого металла ~7 г/см3, что, согласно закону Архимеда, способствует удалению неметаллических включений из металла. Однако, как пока­зывают расчеты, скорость всплывания включений вслед­ствие различия плотностей небольшая. Решающее влия­ние на удаление включений из металла в окислительный период оказывает вынос их конвективными потоками металла к поверхности раздела металл — шлак, где они либо растворяются в шлаке, либо могут вновь быть во­влечены в металл. Поэтому поведение включений зави­сит не только от развития конвективных потоков в ван­не, по п от физико-химических свойств включений п шла­ка. Обычно шлак окислительного периода растворяет включения, и их содержание в металле к концу окислительного периода снижается до 0,001—0,006%.