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

Взаимодействие раскислителей с кислородом.

При глубинном раскислении в металл вводят элементы раскислители, образующие при данных термодинамических условиях (составе, температуре, давлении) окислы, более прочные, чем FeO, и нерастворимые в стали. При необходимости получения спокойной стали элемент раскислитель должен обладать в данных условиях большим сродством к кислороду не только по сравнению с железом, но и с углеродом для того, чтобы исключить возможность развития реакции обезуглероживания и образования пузырьков СО.
Взаимодействие раскислителя (R) с кислородом в металле в общем виде можно записать реакцией:

  • m[R] + n[O] = RmOn (1 58)

Константа равновесия характеризует раскислительную способность элемента. Часто, пренебрегая коэффициентами активностей, ее записывают в виде уравнения (60), выражая раскислительную способность произведением концентраций, а не активностей:

  • K'R = [%R]m[%O]n. (2 60)

Если пренебрежение коэффициентом активности кислорода в бинарном сплаве Fe-О при низких его концентрациях оправдано, то это далеко не всегда допустимо в случае введения в металл раскислителей. Как видно из таблицы 1, где приведены параметры взаимодействия элементов в жидком железе, такие металлы, как алюминий, титан, кремний, являющиеся элементами которые удаляют кислород из стали, вызывают понижение коэффициента активности кислорода. В меньшей мере понижение вызывается такими раскислителями, как марганец и хром. Характерно, однако, то, что все раскислители вызывают понижение активности кислорода в металле. Это вполне закономерно, так как энергия взаимодействия раскислителей с кислородом больше, чем энергия взаимодействия железа с кислородом.
Влияние марганца на раскислительную способность кремнияТаблица 1. Влияние марганца на раскислительную способность кремния

Следовательно, раскислители не только связывают часть кислорода в соединения, выделяемые в виде окисных включений, но также вызывают понижение активности оставшегося в растворе кислорода.

Данные о раскислительной способности элементов, применяемых для удаления кислорода из стали, приведены на рисунке. При их выборе по мере возможности учитывали образование разных продуктов реакций при разном содержании раскислителя и кислорода. Здесь же штриховой линией нанесено содержание кислорода в зависимости от содержания углерода по ходу плавки перед раскислением.

Раскислительная способность элементов
Рисунок 1. Раскислительная способность элементов

В процессе производства стали раскислять металл, предотвращая реакцию окисления углерода, могут кремний и все расположенныениже элементы (см. рисунок), наиболее сильными раскислителями из которых являются редкоземельные металлы — церий и лантан. Однако раскислительная способность кремния лишь немного ниже, чем углерода, а степень ликвации углерода значительно выше. Поэтому, как отмечалось, раскисляя одним кремнием, получить здоровый слиток спокойной стали нельзя; интенсивная ликвация углерода приводит к взаимодействию его с кислородом с выделением пузырьков окиси углерода. Для получения плотного слитка необходимо применять и более сильные раскислители, чем кремний. Из таких раскислителей наибольшее применение получил алюминий.

Элементы, расположенные выше углерода (см. рисунок), характеризуемые, следовательно, меньшей раскислительной способностью, не могут предотвратить реакцию окисления углерода. Однако в процессе кристаллизации малоуглеродистой стали при низкой температуре жидкого металла они взаимодействуют с кислородом, уменьшая интенсивность окисления углерода. Это используется при производстве кипящей стали, куда для регулирования кипения обычно вводят марганец, а иногда — ванадий.

На рисунке приведена раскислительная способность элементов при раздельном их применении. Как было показано, при совместном введении одни элементы могут влиять на раскислительную способность других. Это и происходит в практических условиях производства спокойной стали, которую раскисляют с целью получения достаточно низкого содержания кислорода в металле и неметаллических включений, наиболее подходящих для их удаления из стали и влияния на ее свойства.

В качестве раскислителя, кроме веществ, указанных на рисунке, нередко применяют кальций. Он обладает очень большой раскислительной способностью. По расчетам при давлении паров кальция, равном 100 кПа (1 ат), равновесное содержание кислорода составляет 10~ 8%. Однако равновесие между кальцием и кислородом не может быть достигнуто вследствие высокой упругости паров кальция и ничтожной растворимости его в жидких железе и стали.

Температура кипения кальция при нормальном давлении равна 1440° С. Упругость его пара при температуре 1600° С составляет 180 кПа (1,8 ат). Кроме того, по данным ряда исследований, в жидкой стали он не растворяется. Поэтому кальций взаимодействует с кислородом в стали лишь во время его введения и быстро удаляется из металла в газообразном состоянии.

Все раскислители, кроме алюминия, обычно присаживают в сталь в виде сплавов, технология применения и производства ферросплавов можно посмотреть здесь.

Источник [4] → список литературы.


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