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

Водород в стали в процессе плавки

В металлическую ванну H2 вносится шихтовыми материалами и может поступать из печной атмосферы. Изменение содержания водорода в стали по ходу плавки определяется разностью скорости двух противоположно направленных процессов:

  • поступления водорода в сталь
  • удаление водорода из стали.

Поступление водорода в сталь в окислительный и восстановительный периоды возможно в результате перехода его через шлак из печной атмосферы и в результате введения его в шлак шлакообразующими материалами. В обоих случаях водород сначала поглощается шлаком вследствие растворения им влаги.

Влажность атмосферы дуговых печей зависит главным образом от относительной влажности окружающего воздуха, составляющей обычно 1—3%. При такой влажности и температуре 1600° С равновесное содержание H2 в металле составляет 2,7—4,6 см3 на 100 г. Обычно содержание H2 в стали выше. Следовательно, решающее влияние на содержание водорода в стали оказывает не влажность воздуха, а влажность шлакообразующих материалов. При введении этих материалов в печь вода растворяется в шлаке и вызывает повышение содержания в нем H2.

В шлаке H2, по-видимому, находится в виде гидроксила (ОН-). Соответственно этому растворение влаги в шлаке можно записать реакцией Н2O(г) + (О2-) = 2 (ОН-).

В общем растворимость водорода в основных шлаках не велика и, по некоторым данным, в окислительный период она составляет 0,0007—0,0015%. В кислых шлаках она еще меньше. Но и такая растворимость H2 в стали оказывается достаточно высокой для того, чтобы вызвать интенсивное поступление его в металл. Переход водорода из шлака в металл может быть записан уравнением

  • 2 (ОН-) = 2[H] + [О] + (О2-),

Согласному равнению, в условиях равновесия содержание водорода в стали понижается с увеличением активности ионов кислорода в шлаке, т. е. повышением его основности. Равновесное распределение водорода между шлаком и сталью не достигается, но отмеченное влияние основности шлака в некоторой мере проявляется. Существенное значение при этом имеет увеличение вязкости шлака, вызывающее уменьшение интенсивности массопереноса H2 из шлака в металл.

Однако решающее значение в уменьшении интенсивности поступления водорода в сталь при плавке стали в дуговых электропечах имеет уменьшение влажности шлакообразующих материалов (применение свежеобожженной извести, отказ от применения боксита в восстановительный период, прокаливание материалов, присаживаемых после прекращения кипения ванны).

Удаление водорода из стали происходит в окислительный период плавки в результате экстрагирования его пузырьками окиси углерода. Это экстрагирование является следствием стремления H2 к равновесному распределению его между металлом и пузырьками окиси углерода, в которых при их образовании парциональное давление H2 равно нулю.

Увеличение интенсивности выделения пузырьков окиси углерода по ходу окислительного периода вызывает увеличение интенсивности удаления H2. Следовательно, повышению скорости удаления H2 способствует повышение скорости обезуглероживания металла. Это было показано теоретически и экспериментально Н. М. Чуйко.

Таким образом, основными методами понижения содержания водорода в стали в процессе плавки служит уменьшение влажности шлакообразующих материалов, особенно присаживаемых в восстановительный период, легирующих и увеличение интенсивности окисления углерода.

Для более быстрого и полного удаления водорода из металла увеличивают количество подаваемых в ванну в единицу времени железной руды или газообразного кислорода. Второй метод более эффективный, если кислород не содержит значительного количества влаги (более 0,1—0,5 г/м3).

Скорость удаления H2 из металла увеличивается не только с увеличением скорости обезуглероживания, но и с повышением его исходного содержания, концентрация водорода в стали в конце окислительного периода не зависит от той, которая была в начале периода. К концу окислительного периода даже при очень интенсивной продувке ванны кислородом не удается получить содержание H2 менее 2,7-3,0 см3 на 100 г, да и такое содержание получается редко.

При наведении после интенсивного окислительного периода восстановительного шлака содержание водорода в стали вновь возрастает даже в случае применения хорошо просушенных материалов и свежеобожженной извести. Поэтому на некоторых заводах для понижения содержания H2 в стали осуществляют короткую продувку металла кислородом сразу после наведения известковою шлака.

Обычно при ведении плавки с интенсивным окислительным периодом и применением хорошо просушенных материалов содержание водорода в среднелегированной стали во время выпуска из дуговой печи составляет 4-9 см3 на 100 г. В высоколегированной аустенитной стали оно может достигать 10-11 см3 на 100 г.

Источник [4] → список литературы.


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