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

Удаление продуктов раскисления стали

Удаление включений продуктов раскисления происходит в результате перехода их в шлак или на футеровку, с которой контактирует металл. Доставка включений к поверхностям этих фаз осуществляется в результате их всплывания или массопереноса с потоками металла.
Скорость всплывания частиц сферической формы определяется формулой Стокса:

  • W = 2gr2*(Рм — Рш)/9n

где g—ускорение силы тяжести;
r — радиус частицы;
Рм и Рш — соответственно плотность жидкого металла и шлака;
n — вязкость металла.

Необходимо, однако, отметить, что формула Стокса применима только для случая всплывания в спокойной жидкости, когда ее массоперенос не влияет на траекторию движения частиц.

Д. Я. Поволоцким и В. Е. Рощиным были проведены опыты со всплыванием продуктов раскисления различными раскислителями в железе, расплавленном в алундовых пробирках диаметром 4—5 мм для предупреждения конвективного перемешивания. Эти опыты показали, что скорость всплывания жидких продуктов раскисления, имеющих сферическую форму, удовлетворительно описывается формулой Стокса.

Согласно формуле Стокса, решающее влияние на скорость всплывания оказывает радиус частиц. Поэтому для более быстрого очищения стали от продуктов раскисления желательно получать по возможности крупные глобулярные включения. Расчеты показывают, что крупные жидкие частицы, находящиеся в расплавленной стали, всплывают достаточно быстро. Так, скорость всплывания жидких глобулярных включений nFeO-mAl2O3 разных размеров и плотностей характеризуется данными, приведенными в таблице.

Следовательно, в сталеплавильных печах даже из нижних горизонтов металлической ванны включения размером 100 мкм всплывают в течение до 1 мин, а размером 30 мкм — в течение 5—10 мин. В сталеплавильных ковшах это время соответственно в 2—4 раза больше.

Укрупнение частиц продуктов раскисления происходит главным образом вследствие их соединения. Оно осуществляется в результате коалесценции (слияния) жидких частиц, коагуляции (спекания) твердых частиц, адгезии (прилипания) жидких и твердых частиц. Наиболее интенсивно укрупнение происходит в результате коалесценции жидких частиц, между которыми при соударениях получается относительно большая поверхность контакта. Поэтому жидкие включения достигают относительно больших размеров (до 30— 100 мкм и более) и быстро всплывают.

Удаление крупных продуктов раскисления имеет важное значение при удалении килорода всеми раскислителями, в том числе и сильными (Al, Zr, Ti), чистые окислы которых тугоплавки, но вместе с FeO образуют легкоплавкие включения. Об этом свидетельствует, например, быстрое снижение общего содержания кислорода после присадки алюминия в неперемешиваемую ванну, а также наличие крупных глобулярных продуктов раскисления алюминием лишь в первые минуты раскисления.

Твердые включения, в частности корунда, плохо укрупняются и, имея малые размеры (3—8 мкм), медленно всплывают. К тому же частицы корунда, имея неправильную форму, при всплывании «парят», двигаясь не по вертикали, а по сложным траекториям. С уменьшением размеров степень парения уменьшается, но увеличивается влияние броуновского движения. Вследствие этого скорость всплывания твердых включений корунда незначительна и их всплывание не имеет практического значения.

Подвод включений корунда и других мелких твердых частиц неправильной формы к поверхности раздела металла со шлаком или с футеровкой печи осуществляется главным образом в результате массопереноса их с потоками металла. Поэтому удаляются они интенсивно лишь при перемешивании. Преимущественно это происходит в ковше во время выпуска металла из печи и в меньшей мере во время разливки стали.

удаления глобулярных продуктов раскисления
Таблица 1. Скорость удаления глобулярных
продуктов раскисления nFeO-mAl2O3

Подводу включений корунда способствует их сложная неопределенная форма, благодаря которой инерционное перемещение частиц в глубь металла под действием центробежных сил при поворотах заторможено и они не отклоняются от направления потока.

Включения, доставленные к поверхности шлака или футеровки, остаются на ней в результате эффекта «зацепления». Затем они шлаком ассимилируются (поглощаются или растворяются), а к твердой поверхности прилипают, привариваются.

Возможность зацепления частиц и их поглощения шлаком или прилипания к стенке зависит от поверхностных свойств включений. Вероятность этих процессов увеличивается с повышением межфазного натяжения на границе включения с металлом. Как отмечалось, для окисных систем, характерных для обычных продуктов раскисления, межфазное натяжение с металлом увеличивается с повышением содержания Al2O3. Поэтому высокоглиноземистые включения и особенно корунд наиболее легко переходят в шлак и на футеровку.

Таким образом, крупные (более 20—30 мкм) включения жидких продуктов раскисления удаляются преимущественно в результате всплывания и их ассимилирования шлаком. Такие включения образуются при удалении кислорода любыми раскислителями и в большей мере при комплексном удалении кислорода. Количество продуктов раскисления, образовавшихся в жидком состоянии, зависит от типа раскислителя, его концентраций и наличия кислорода в месте реакции.

Удаление мелких (до 10 мкм) включений, особенно твердых, происходит в результате массопереноса их к поверхности шлака и стенок, где они ассимилируются или прилипают. Из продуктов раскисления обычно применяемых раскислителей (ферромарганец, ферросилиций, алюминий) наиболее интенсивно таким образом удаляются высокоглиноземистые включения, особенно корунд.

Источник [4] → список литературы.


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