Раскисление стали

Внепечная обработка стали

Конечное раскисление жидкой стали является обязательной операцией технологии плавки при изготовлении отливок. Это обусловлено тем, что в отливках недопустимо образование любых газовых раковин, в том числе заполненных СО. Образование монооксида углерода СО в процессе формирования стальной отливки возможно по двум причинам: из-за снижения растворимости кислорода в стали при затвердевании и повышения количества растворенного кислорода в расплаве вследствие его вторичного окисления. При изготовлении отливок жидкая сталь подвергается вторичному окислению при выпуске расплава из печи, в процессе транспортировки его к литейным формам, а ещё больше в процеесе их заполнения.

Для предотвращения протекания реакции [C] + [O] = {CO} сталь вне печи дополнительно раскисляют элементами, имеющими высокое сродство к кислороду – Al, Ti, Ca, Ce, Y и др. При этом желательно формирование в литой стали продуктов раскисления, которые оказывали бы минимально вредное влияние на параметры качества отливок. Для этого необходимо стремиться к тому, чтобы отливки содержали бы как можно меньшее количество неметаллических включений, чтобы они имели бы глобулярную форму, были распределены равномерно и имели размер менее 5-10 мкм.

На рис. 2.5.4 показана раскислительная способность некоторых элементов (А – растворимость кислорода в жидком железе)

.

Рис. 2.5.4 Раскислительная способность элементов

Конечное раскисление стали практически всегда осуществляют алюминием в виде вторичного алюминия или ферроалюминия. Обычно расход его составляет 1-2 кг/т. Его вводят в расплав в процессе наполнения ковша (после наполнения 1/3-1/4 его объема). Остаточное содержание алюминия в сталях должно быть в пределах 0,03-0,06 %. При меньшем остаточном содержании алюминия в стали формируются пленочные неметаллические фазы, которые резко снижают показатель механичеких свойств. При высоком остаточном содержании алюминия образуются нитриды алюминия, которые также выделяются в стали в виде пленок по границам зерен и ухудшают качество стальных отливок. Особенно это актуально при выплавке аустенитных и азотсодержащих сталей в дуговых печах, где в зоне дуги идет интенсивная диссоциация молекулярного азота и его растворение в расплаве. Для предотвращения формирования нитридов алюминия расплав дополнительно обрабатывают боле сильными нитридообразующими элементами (Ti и Zr). При этом нитриды титана и циркония выделяются в стали в дисперсном состоянии на более ранних стадиях формирования отливки, потому они выполняют роль центров кристаллизации стали потому, наряду с раскияющим воздействием, оказывают на литую сталь модифицирующее воздействие.

Наилучшие результаты достигаются при комплексном раскислении стали алюминием совместно с редкоземеньными (Ce, Y, La и др.) и щелочноземельными (Ca, Ba и др.) металлами. Благотворное влияние РЗМ и ЩЗМ на качество литейных сталей связано с тем, что в их присутствии предотвращается формирование серусодержащей неметаллической фазы в виде пленочных выделений по границам зерен. Вместо этого в стали формируются округлые изолированные оксисульфидные неметаллические включения, которые оказывают намного менее вредное влияние на механические свойства отливок. Кроме того, границы зерен становятся более чистыми от вредных примесей, что также обусловливает повышение, наряду с показателями механических свойств, рост коррозионной стойкости.

2.5.2.2 Продувка стали в ковше инертными (нейтральными) газами

Продувка инертными газами обеспечиват гомогенизацию расплава по темепартуре и химическому составу, а такжее рафинирование от растворенных газов и неметаллических включений.

Гомогенизация расплава обеспечивается за счет активного перемешивания при барботаже расплава пузырьками вдуваемого газа. Для литейных ковшей вместимостью 3 – 10 т для гомогенизации расплава достаточно продувки в течение 2-4 мин.

Рафинирование жидкой стали от растворенных газов связано, прежде всего, с удалением из неё водорода. В пузырьках вдуваемого газа в начальный момент парциальное давление водорода P_H2 = 0. Поэтому водород экстрагирует в пузырьки и вместе с ними удаляется из расплава. Степень дегазации возрастает с увеличением расхода инертного газа. Эти параметры связаны следующей зависимостью:

V_Ar = (112/η) ∙ P_Ar ∙ (K_H / f_H) ² ∙ (1 / [H] _К – 1 / [H] _Н), (2.5.3)

где V_Ar – расход газа, м³/т;

η - коэффициент полезного действия продувки;

P_Ar – давление вдуваемого газа, Па;

K_H - константа равновесия реакции ¹ /₂ H₂ = [H];

f_H - коэффициент активности водорода в жидкой стали;

[H] _Н и [H] _К - содержание водорода в расплаве до и после продувки инертным газом, %.

Рафинирование жидкой стали от неметаллических включений обусловлено флотирующим действием всплывающих пузырьков вдуваемого газа: включения не смачиваются расплавом, потому вытесняются к поверхности металл-газ. Там они прилипают к пузырькам, всплывают вместе с ними из расплава и затем ассимилируются шлаком.

Продувку жидкой стали инертным газом осуществляют двумя способами: при помощи погружных фурм и через пористый огнеупор в днище ковша. В первом случае в ковш с расплавом опускают фурму в виде ложного стопора. В его наконечнике размещают газовые сопла с каналами, направленными вниз или/и вбок. В таком варианте продувка расплава в ковше осуществляется концентрированными газовыми струями. Во втором случае в футеровку днища ковша вставляют пористую вставку из качественных огнеупорных материалов (корунда Al₂O₃, шпинели MgO×Al₂O₃, муллита и др.). Снизу к ней подводят инертный газ. При этом пузырьки вдуваемого газа зарождаются по всей площади пористой вставки. Поэтому продувка протекает более рассредоточенно, что обеспечивает более высокую эффективность обработки. Но его недостатком является высокая вероятность быстрой закупорки поровых каналов в пористой вставке шлаком.

В качестве продувочных газов обычно используют аргон или азот. Применение азота допустимо, если стали, не содержат нитридообразующих элементов (Cr, Ti, V и др.). Расход инертного газа обычно составляет 0,2…0,5 м³/т. При этом степень удаления водорода достигает 45…70 %, азота – 25…65 %, а неметаллическиз включений – 30-60 %.

Дата добавления: 2014-01-07