Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Раскисление стали кремнием

Кремний применяется в качестве раскислителя при производстве почти всех спокойных сталей, что обусловлено его высокой раскислительной способностью и благотворным влиянием на характер неметаллических включений.

Исследование раскислительной способности кремния выполнено рядом авторов. Можно отметить, например, обстоятельное исследование Гоксена и Чипмана, которые расплавляли сплавы Fe—Si—О (содержавшие от 0,004 до 15% Si) в кварцевых тиглях в индукционной печи и при заданной температуре приводили их в равновесие с газовой смесью водяных паров и водорода контролируемого состава. Комбинируя, как это показано было выше, термодинамические данные для реакций взаимодействия растворенного в металле кремния с водяным паром, получили следующую константу равновесия реакции окисления кремния:

  • SiO2(тв) = [Si] + 2[О],
  • Ksi = [asi] [ao]2. (1)

Активность твердого кремнезема (tпл = 1710° С) равна единице, и поэтому в уравнении константы не учитывается.

Температурная зависимость константы равновесия от температуры выражается уравнением:

  • lg Ksi = -32000/Т + 12,29.

Как видно из таблицы, кремний вызывает понижение коэффициента активности кислорода. Одновременно коэффициент активности кремния изменяется с изменением его концентрации и концентрации кислорода. Однако оказалось, что удовлетворительное постоянство сохраняет произведение массовых концентраций, выражаемое уравнением (2) (без учета коэффициентов активности):

  • Ksi = [%Si] [%O]2. (2)

Это объясняется тем, что увеличение коэффициента активности кремния с повышением концентрации в определенной степени компенсируется одновременным уменьшением коэффициента активности кислорода. Следовательно, уравнение (2) пригодно для оценки содержания кислорода в металле, равновесного с заданным содержанием Si.

При температуре 1600° С Ksi = 2,8 X 10-5. Отсюда содержания кислорода, равновесные с данным содержанием кремния, равны:

[Si, %] 0,01 0,1 0,2 0,3
[О, %] 0,0530 0,0170 0,0110 0,0095

Сопоставление этих значений с данными, показывает, что в окислительный период плавки содержание кислорода в стали может быть выше равновесного с Si. Например, при содержании углерода 0,1 и 0,2% содержание кислорода в стали равно соответственно 0,04 и 0,02%. Следовательно, при таком содержании углерода кремний может раскислять металл при концентрации его 0,1-0,2% и более.

При определении константы равновесия раскисления стали кремнием по уравнению (1) и произведения равновесных концентраций по уравнению (2) принималось, что продуктом раскисления является кремнезем. В действительности это далеко не всегда так. При раскислении кремнием наряду с твердым кремнеземом образуются силикаты железа, глобулярная форма которых свидетельствует о том, что они были в жидком состоянии. Поэтому, рассматривая вопрос о раскислительной способности кремния, необходимо учитывать и условия образования жидких продуктов раскисления (FeO + SiO2(ж):

  • FeO(ж) +SiO2(ж), = [Si] + 3[О] + [Fe]; (3)
С учетом величин активностей продуктов раскисления из уравнения (3) при 1600° С получено:

  • К' = [%Si][%О]3 = 2,52 X 10-7. (4)

При содержании кремния около 0,3% (обычном при раскислении стали) по уравнению (2) и (4) получаются одинаковые равновесные концентрации кислорода. Следовательно, при таком содержании Si термодинамически равновероятно образование SiO2 и FeO-SiO2. При малых концентрациях кремния в условиях равновесия более вероятно образование FeO-SiO2, чему соответствует и меньшее содержание кислорода в стали. При содержании Si в стали более 0,3% меньшая равновесная концентрация кислорода обеспечивается при образовании твердого кремнезема и более вероятно протекание реакции раскисления кремнием до SiO2.

Кремний при обычных его концентрациях в металле (0,17—0,37%) в качестве раскислителя понижает содержание кислорода в стали. Однако при раскислении стали одним кремнием не всегда удается получить качественный слиток спокойной стали. В процессе кристаллизации вследствие ликвации кислорода и углерода в стали возможно развитие реакции окисления углерода с образованием пузырьков окиси углерода, вызывающих возникновение пористости металла и даже рослости слитков.

Источник [4] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Физико-химические основы плавки стали
Вернуться на главную: Черная металлургия