Раскисление стали - Основы теории окислительной плавки
В чистом железе в равновесии с его оксидами растворяется при температуре 1600?С 0,20...0,23% кислорода. В конце плавке в низкоуглеродистой стали растворено 0,005...0,008% кислорода, что выше равновесного содержания. Например, при [C] = 0,2 [O]p = 0,0125.
При охлаждении металла растворимость кислорода подает: в Feд она составляет 0,034 в Feг - 0,003...0,004, в Feб - 0,002...0,00
При затвердевании избыточный кислород выделяется из металла и взаимодействует с железом, марганцем и углеродом. Образующиеся при этом оксиды железа будут располагаться по границам зерен в виде прослоек, снижающих прочность слитка. Оксиды марганца будут загрязнять металл неметаллическими включениями, а пузыри СО образуют газовые раковины. Такой слиток при прокатке не выдержит деформационных нагрузок и развалится. Поэтому на заключительном этапе плавки производится понижение концентрации кислорода в металле до технологически необходимой величины. Эта операция называется раскислением и производится при выплавке стали в любом агрегате.
В качестве раскислителя используют химические элементы, обладающие большим сродством к кислороду чем железо: марганец, кремний, алюминий, титан и др.
Они могут использоваться как в чистом виде (алюминий, титан), так и в виде сплавов (ферросилиций, ферромарганец, ферроалюминий), в том числе комплексных (силикокальций, амолюминий - марганец - кремний и др.).
По степени раскисленности стали подразделяют на три группы:
- - спокойные, содержащие 0,002...0,003% растворенного кислорода; - кипящие, содержащие 0,025...0,035% кислорода; - полуспокойные, содержащие 0,012...0,015% кислорода.
Спокойная сталь затвердевает в изложнице с образованием открытой усадочной раковины в головной части слитка. Для ее ракисления используют марганец, кремний и сильные раскислители (алюминий, титан).
После наполнения изложницы кипящей сталью наблюдается энергетическое бурление металла под влиянием выделяющихся пузырей монооксида углерода, образование которого происходит на фронте затвердевания в результате взаимодействия углерода и кислорода. Этот процесс создает иллюзию кипения, что и дало название стали этой группы. Слитки кипящей стали имеют закрытую усадочную раковину, подкорковые сотовые пузыри и значительное количество различного рода пузырей в теле слитка. При прокатке все они завариваются, т. к. они изолированный от атмосферы и их стенки не окислены.
Для раскисления такой стали достаточно одного марганца.
Полуспокойная сталь в изложнице не кипит, наблюдается лишь искрение в течение нескольких секунд. Т. к. процесс газообразования полостью не подавлен, образующиеся при затвердевании металла усадочная раковина и пузыри изолированы от атмосферы и поэтому их стенки свариваются при прокатке.
Для раскисления полуспокойной стали используют марганец и кремний.
Используют такие способы раскисления:
- - глубинное, или осаждающие; - диффузионное; - вакуумное.
Наиболее широко используют глубинное, или осаждающее раскисление, когда в качестве раскислителей используют названные ранее материалы. В объеме металла они взаимодействуют с кислором по реакции
M[O] + n[R] = (RnOm) (29)
Образующийся оксид "выпадает в осадок". По аналогии с соответствующими химическими реакциями и назван способ раскисления, хотя продукты раскисления, оксиды, всплывают из металла и переходят в шлак.
(30)
Из соотношения (30) следует, что для снижения концентрации растворенного в металле кислорода необходимо большое значение константы равновесия, что имеет место при использовании сильных раскислителей при низких температурах, большая концентрация раскислителя и небольшая концентрация продуктов раскисления.
Раскислительную способность химических элементов сравнивают, располагая их в ряд по величине сродства к кислороду.
При концентрации элемента - раскислителя 0,1% и температуре 1600?С этот ряд выглядит следующим образом: Cr, Mn, V, C, Si, Al, Ti ;
При содержании раскислителя 10% он выглядит так: Cr, Mn, V, Si, C, Al, Ti; Т. е раскислительная способность является функцией концентрации и температуры.
Диффузионное раскисление используют при выплавке стали в электропечах. Способ основан на таком явлении. При контакте двух несмешивающихся фаз между ними происходит обмен ионами или молекулами вещества, в результате чего устанавливается какое-то распределение этого вещества, постоянное для данной температуры. Это распределение характеризуется величиной коэффициента распределения:
(31)
Т. к. величина постоянная, то, изменяя содержание оксида железа в шлаке, мы будем изменять содержание кислорода в металле. Раскисляя шлак присадками углерода, кремния или алюминия, производят раскисление металла, т. к. поток кислорода направляется из металла в шлак. Этот способ неприемлем для мартеновских печей и кислородных конвертеров, т. к. в них невозможно создать восстановительную атмосферу, при которой не происходит питание шлака кислородом, и раскислители будут просто сгорать.
Раскисление вакуумом основано на том, что углерод дает газообразные продукты взаимодействия с кислородом. Константа равновесия реакции окисления углерода дает возможность управлять этим процессом.
Зная, что произведение концентраций углерода и кислорода - величина постоянная, можно управлять концентрацией кислорода, изменяя давление (парциальное) СО в атмосфере:
(32)
Создавая разряжение, (снижая парциальное давление монооксида углерода в газовой фазе), можно добиться снижения концентрации кислорода в металле, т. к. произведение [C] [O] величина постоянная при температуре сталеплавильных процессов.
В подавляющем большинстве используют осаждающее раскисление. При производстве кипящей стали достаточная степень раскисленности достигается присадками только марганца до остаточного его содержания 0,3...0,4%. Содержание кремния не должно превышать 0,02...003%.
При производстве полуспокойной стали, наряду с марганцем, используют кремний, его остаточное содержание составляет обычно 0,10...0,12 %.
Раскисление спокойной стали производят марганцем (остаточное содержание 0,3...0,5%), кремнием (остаточное содержание 0,2...0,3%) и небольшим количеством какого-либо сильного раскислителя, обычно алюминия или титана.
С операцией раскисления совмещают легирование, т. е. насыщение стали в требуемых количествах элементами, придающими ей необходимые технологические свойства. Это могут быть те же марганец и кремний в количествах выше указанных, хром, ванадий, титан, никель, вольфрам и др. Раскисление и легирование можно проводить в печи, в ковше; предварительное в печи и окончательное - в ковше.
Похожие статьи
-
Реакция окисления углерода - Основы теории окислительной плавки
Основная составляющая шихты при выплавке стали - чугун - содержит в среднем 4%. В готовой стали содержание углерода в большинстве случаев исчисляется...
-
Окисление фосфора - Основы теории окислительной плавки
Как уже отмечалось, фосфор вредная примесь. Наличие его в стали понижает ее пластические свойства, свариваемость, повышает анизотропию механических...
-
Реакция окисления марганца - Основы теории окислительной плавки
Марганец в сталях присутствует как раскислитель и легирующий компонент. Раскислительная способность его мала и в этом качестве он используется при...
-
Десульфурация металла - Основы теории окислительной плавки
Как и фосфор сера - вредная примесь, понижающая механические свойства, особенно пластичность, свариваемость, электротехнические и антикоррозионные...
-
Шлакообразование - Основы теории окислительной плавки
Побочным продуктом при выплавке стали является шлак. Он образуется в результате разрушения футеровки агрегата, окисления примесей чугуна и лома, присадок...
-
Реакция окисления кремния - Основы теории окислительной плавки
Кремний сплавляется с железом в любых соотношениях, образуя соединения FeSi. Вследствие высокой активности по отношению к кислороду используется как...
-
Методы непараметрической статистики - Основы теории систем и системного анализа
Использование классических распределений случайных величин обычно называют "параметрической статистикой" - мы делаем предположение о том, что...
-
Реагирует с неметаллами: 4Al + 3O2 > 2Al2O3 ; 2Al + 3Br2 > 2AlBr3 c оксидами металлов:2Al + Fe2O3 > Al2O3 + 2Fe (алюмотермия)c водой (если...
-
Моделирование системы в условиях неопределенности - Основы теории систем и системного анализа
Как уже отмечалось в первой части нашего курса, в большинстве реальных больших систем не обойтись без учета "состояний природы" -- воздействий...
-
В современной экономической теории доминирующую роль играют труды зарубежных экономистов. Однако русская экономическая наука также ярко представлена...
-
Моделирование в условиях противодействия, игровые модели - Основы теории систем и системного анализа
Как уже неоднократно отмечалось, системный анализ невозможен без учета взаимодействий данной системы с внешней средой. Ранее упоминалась необходимость...
-
Растворы - термодинамические устойчивые системы переменного состава, состоят не менее чем из двух компонентов и продуктов их взаимодействия. Это...
-
А) Углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (РЬ) - элементы 4 группы главной подгруппы ПСЭ. На внешнем электронном слое атомы этих...
-
Легирование стали повышает ее антикоррозионные свойства. Например, совершенную стойкость к атмосферной коррозии показывают нержавеющие легированные...
-
Учение Дж. М. Кейнса - Основы экономической теории
Мировой экономический кризис 1929-1933 гг. обрушился с колоссальной силой как на развитые, так и неразвитые в промышленном отношении страны. Поэтому...
-
Экономическая теория, Институционализм - Основы экономической теории
Институционализм В начале XX в. ученые-экономисты США, активизировав анализ усилившихся монополистических тенденций в экономике и содействуя...
-
Исследование проблем экономической динамики Н. Д. Кондратьевым - Основы экономической теории
Николай Дмитриевич Кондратьев (1892-1938) был универсальным исследователем. Проживая в стране, где подавляющее большинство населения составляли...
-
Научная теория и ее структура - Основы научных исследований
Теория - система логически непротиворечивых верифицируемых высказываний, в идеале имеющая аксиоматическую структуру и полностью соответствующая всем...
-
Взаимосвязи случайных событий - Основы теории систем и системного анализа
Вернемся теперь к вопросу о случайных событиях. Здесь методически удобнее рассматривать вначале простые события (может произойти или не произойти)....
-
Элементы теории процентов - Финансово-математические основы инвестиционного проектирования
В процессе анализа инвестиционных решений принято использовать сложные проценты. Сложным процентом называется сумма дохода, которая образуется в...
-
В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов,...
-
Алюминий - основной представитель металлов главной подгруппы III группы Периодической системы. Свойства его аналогов - галлия, индия и таллия -...
-
Зарождение современной химии, Теория флогистона и система Лавуазье - Химия сегодня
Представления древнегреческих натурфилософов оставались основными идейными истоками естествознания вплоть до XVIII в. До начала эпохи Возрождения в науке...
-
Производство электротехнической листовой стали - Холодная прокатка листов
Электротехническая сталь условно делится на динамную и трансформаторную. Само название этих сталей указывает на области их применения. Динамная сталь...
-
Кремний - элемент главной подгруппы четвертой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14....
-
С кислородом большинство металлов образует оксиды - амфотерные и основные: 4Li + O2 = 2Li2O, 4Al + 3O2 = 2Al2O3. Щелочные металлы, за исключением лития,...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Теоретические основы процесса выпаривания Для осуществления процесса выпаривания необходимо теплоту от теплоносителя передать кипящему раствору, что...
-
Процесс нитрования углеводородов смесью азотной и серной кислот протекает в гетерогенной среде, так как образуются две фазы - органическая...
-
Анализ аграрных проблем в трудах А. В. Чаянова - Основы экономической теории
Александр Васильевич Чаянов (1888-1937), основные работы "Организация крестьянского хозяйства" (1925), "Краткий курс кооперации" (1925), "Основные идеи и...
-
Живая система - совокупность взаимодействующих элементов, которая образует целостный объект, имеющий новые качества, не свойственный входящим в систему...
-
Проблемы равновесия и стабилизации - Основы экономической теории
В истории нашей страны имя Леонида Наумовича Юровского (1884-1938) тесно связано с денежной реформой 1922-1924 гг. Но Юровский был не только практиком,...
-
Монетаризм - Основы экономической теории
Монетаризм - это одно из направлений неолиберализма, возникшее в США в рамках Чикагской школы. Это учение отводило деньгам определяющую роль в...
-
Пространство - логически мыслимая форма, служащая средой существования материальных объектов и процессов. Пространство характеризует структурность и...
-
Теория "Большого взрыва" - Основы естественно-научных знаний
Вопрос о сущности жизни - один из центральных вопросов естествознания. Всеми признанной теории о происхождении жизни до сих пор нет. Согласно теории...
-
Возникновение и развитие теории - Основы научных исследований
Возникновение теории является завершающим этапом некоторой стадии развития научной дисциплины. Начальная стадия состоит в накоплении экспериментальных...
-
Нелинейный регрессионный анализ, Множественный регрессионный анализ - Основы научных исследований
Линейные по параметрам регрессионные модели можно использовать для аппроксимации нелинейных зависимостей путем их линеаризации с помощью базисных...
-
Коэффициент корреляции - Основы научных исследований
Если между случайными величинами Х и У существует линейная корреляционная зависимость (рис. 12.5 а, б,г), то интенсивность корреляционной связи...
-
Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа : При повышении температуры на каждые 10о скорость большинства реакций...
-
Система усовершенствованных моделей позволяет удовлетворительно воспроизводить кинетику СО-токсичности ДВС при изменении нагрузки, цикловой подачи...
Раскисление стали - Основы теории окислительной плавки