Metallurgy.zp.ua
Главная » Внепечная обработка стали » Обработка металла вакуумом и кислородом

Обработка металла вакуумом и кислородом

Для интенсификации процесса обез­углероживания вакуумные установки в ряде случаев дополняют устройства­ми для одновременной продувки ме­талла кислородом. На таких установ­ках удается в необходимых случаях получать особо высокую степень обезуглероживания. Для реакции [С]+ 1/2О2(г) = СОг

реакция

т. е. равновесие реакции при вакууми­ровании сдвигается вправо, продувка кислородом вызывает дальнейший сдвиг равновесия и обеспечивает еще большее снижение содержания [С]. Этот принцип положен в основу так называемого вакуум-кислородного обез­углероживания. Применительно к установкам циркуляционного вакууми­рования процесс обезуглерожива­ния ускоряется при введении кис­лорода для продувки или обдувки металла непосредственно в камере циркуляции. Процесс получил на­ звание RН-ОВ (от англ. оxygen blowing — про­дувка кислородом).

Получение очень низких концент­раций углерода особенно важно для ряда марок высокохромистой (напри­мер, коррозионностойкой) стали, а также некоторых марок специальных сталей и сплавов. Операция обезугле­роживания высокохромистых сталей в обычных условиях затрудняется тем, что одновременно с углеродом окисляется хром и образуются оксиды
хрома. Для получения низкоуглероди­стой высокохромистой стали требует­ся значительный перегрев металла (рисунок 1).

Диаграмма С—О для стали с 18 % Сr и 10 % Ni
Рисунок 1 — Диаграмма С—О для стали с 18 % Сr и 10 % Ni 1—линия, характеризующая стехиометрическое соот­ношение углерода и кислорода в реакции С + 1/2O2= СО ; 2—5 — зависимости между содержанием угле­рода и кислорода (2— 1800°С, 101 кПа; 3 — 1600°С , 101 кПа; 4— 1600°С, 13,3 кПа; 5— 1600 °С , 6,65 кПа); штриховые линии характеризуют равновесие реак­ции окисления хрома при различных температурах

При обработке вакуумом равновесие реакции

формула

сдвигается вправо, поскольку умень­шается рсо и хром не только не окис­ляется, но и восстанавливается из шлака.

Таким образом, в вакууме можно получить низкие концентрации угле­рода без заметных потерь хрома; при этом одновременно с обезуглерожива­нием протекают процессы удаления из ванны газов и неметаллических включений, т. е. при вакуумировании ста­ли, содержащей углерод, обеспечива­ются благоприятные условия для вос­становления хрома.

При обработке высокохромистого расплава следует учитывать, что при относительно низких температурах и атмосферном давлении не углерод, а хром определяет окисленность метал­ла, и если требуется окисление углеро­да, то количества кислорода, содержа­щегося в высокохромистом металле, может оказаться недостаточно для окисления углерода.

На диаграмме (см. рисунок 1), по­казывающей соотношение количества углерода и кислорода для плавки ме­талла с 18% Сr и 10% Ni с учетом вли­яния давления СО и температуры, на­несены линии, характеризующие рав­новесные условия окисления хрома при разных температурах; нанесены также равновесные кривые обезугле­роживания для нелегированной стали при 1600 и 1800 °С и давлениях от 0,1 МПа (1 атм) до 0,1 кПа (50 мм рт. ст.). Штрихпунктирная линия, пересекаю­щая диаграмму, характеризует стехи­ометрическое соотношение масс уг­лерода и кислорода, взаимодейству­ющих по реакции С + 1/2О2 = СО. Исходя из этой диаграммы, для по­лучения легированной стали, содер­жащей 0,1%С, температура ванны должна быть 1810 °С. При этом со­держание растворенного кислорода составляет ~0,12% . При снижении равновесного давления СО соответ­ственно до 0,1 кПа (значение, реаль­но достигаемое на практике) содер­жание углерода уменьшается в на­правлении, параллельном штрихпунктирной линии стехиометрического соотношения С + 1/2О2 до ~ 0,03 % С. Если температура расплава составля­ет 1650°С, то содержание кислорода (при 0,1% С) определяется равно­весной кривой окисления хрома. По диаграмме это соответствует содер­жанию растворенного кислорода 0,035 %. При таком количестве кис­лорода содержание углерода в про­цессе вакуумирования может быть снижено лишь до 0,08%.

Таким образом, для получения более низких содержаний углерода при вакуумировании необходимо либо повышение температуры (при этом содержание углерода должно быть снижено хотя бы до 0,1 %, что­ бы было достаточное количество кислорода), либо снабжение металла кислородом (введение руды или га­зообразного кислорода). Второй путь предпочтительнее. Поскольку реак­ция обезуглероживания идет пре­имущественно на границе раздела фаз, желательно обеспечить хорошее перемешивание ванны. Чаще всего для этой цели используют способ продувки металла инертным газом через пористую пробку в днище ков­ша.