yandex.metrica
Электрометаллургия

Экстракционное (диффузионное) раскисление

Экстракционное (диффузионное) раскисление металла шлаком ос­новано на использовании закона распределения, в соответствии с ко­торым отношение активностей кислорода в двух несмешивающихся жидкостях (металле и шлаке) есть величина постоянная при постоян­ной температуре:  λO = a(FeO) / a[O] = const.

Или приближенно: λ’O = ∑(FeO) / [O] = const и [O] = ∑(FeO) / λ’O

Поэтому, обрабатывая окисленный металл раскисленным шлаком (с низким содержанием оксидов железа), можно понизить содержание растворенного в металле кислорода, т. е. произвести раскисление ме­талла. Такое раскисление осуществляется путем диффузии и поэтому получило название диффузионное раскисление. В принципе, в резуль­тате такого раскисления в стали понижается содержание растворенно­го кислорода без загрязнения ее продуктами раскисления, благодаря чему диффузионное раскисление всегда использовалось (в различных вариантах) при производстве высококачественных сталей, но обяза­тельно в комбинации с окончательным осаждающим раскислением металла. Сначала диффузионное раскисление металла шлаком осуще­ствляли непосредственно в дуговой сталеплавильной печи в восстановительный период плавки (классическая технология). После скачива­ния окислительного шлака наводили новый с основностью 2,5…3 и при наличии восстановительной атмосферы раскисляли его порошком кокса (или других материалов с высоким содержанием углерода); порошками богатого ферросилиция; иногда алюминия и даже силикокальция (что совершенно необоснованно), понижая содержание окси­дов железа в шлаке до концентрации ниже 1 %. Чтобы ускорить мед­ленный диффузионный процесс перехода кислорода из металла в шлак, старались как можно лучше и чаще перемешивать металл и шлак, что удавалось лишь в печах небольшой вместимости. Многочис­ленные исследования диффузионного раскисления и практика его применения в дуговых печах выявили как достоинства, так и недостат­ки этого способа. К достоинствам способа применительно к условиям электропечи можно отнести только возможность (не всегда реализуе­мую) получения раскисленного металла, не содержащего в большом количестве продуктов раскисления металла. К существенным недос­таткам способа следует отнести малую по сравнению с осаждающим скорость раскисления, существенно зависящую от величины удельной поверхности контакта шлак-металл и убывающую с увеличением вме­стимости печей (рис. 3.8), а также возможность частичного протекания осаждающего раскисления при присадке порошков раскислителей на шлак в результате диффузии раскислителей из шлака в металл. Такая возможность подтверждена ростом концентраций углерода и кремния в металле при диффузионном раскислении, появлением силикатных включений в металле после присадки порошка ферросилиция на шлак и установленной связью между содержанием кислорода и концентра­цией углерода и кремния в металле при диффузионном раскислении в печи (рис. 3.9 и 3.10). Поэтому металлурги довольно быстро перешли от чисто диффузионного раскисления стали в восстановительный пе­риод к комбинированному раскислению (осаждающее в начале и в конце и диффузионное по ходу периода) металла, постепенно сократив длительность восстановительного периода с 90… 120 до 30…40 мин, а затем и вообще отказались от восстановительного периода. Отметим, что использование упомянутого комбинированного раскисления фак­тически лишало возможности проводить диффузионное раскисление металла вследствие быстрого снижения концентрации растворенного кислорода в результате осаждающего раскисления в начале периода (рис. 3.11).

Изменение среднего содержания кислорода и неметаллических включений (н.в.) в металле

Зависимость содержания кислорода

Зависимость активности кислорода в металле от содержания оксида железа в шлаке в начале (а), в середине (б) и в конце (в) восстановительного периода плавки

 

В то же время нужно отметить, что экстракционное раскисление шлаком с низким содержанием FеО во время выпуска протекает крайне быстро вследствие многократного увеличения поверхности контакта и без загрязнения металла продуктами раскисления. На этом принципе основан известный способ внепечного рафинирования стали синтетическими шлаками, существенно повышавший качество готово­го металла. Протекание экстракционного (диффузионного) раскисле­ния металла возможно и целесообразно при обработке стали на установках ковш-печь в случае перемешивания металла с раскисленным шлаком.