Предотвращение вторичного окисления

Отрицательное и при этом существен­ное влияние на качество стали оказы­вает вторичное (повторное) окисление металла, являющееся следствием взаи­модействия металла с конечным окис­лительным шлаком, огнеупорами, с кислородом воздуха при выпуске и разливке. При этом происходит также взаимодействие металла с азотом воз­духа (рис. 19.52). Процессы вторично­го окисления получают развитие по ходу процесса, а именно:

1. Металл с окисленным печным шлаком — после введения раскислите-лей в печь.

2. Струя металла с атмосферой — при выпуске металла в сталеразливоч-ный ковш.

3. Металл, выпущенный из конвер­тера или печи, взаимодействует с окисленным шлаком, попавшим вмес­те с металлом в ковш.

Рис. 19.52. Изменение активности кислорода

в металле в процессе разливки без защиты

поверхности металла:

1 — в сталеразливочном ковше; 2— в промежуточ­ном ковше; 3 — в кристаллизаторе; 4— в слитке

4. Струя металла с атмосферой — при переливе металла из сталеразли-вочного ковша в промежуточное раз­ливочное устройство (промежуточный ковш).

5. Поверхность металла в промежу­точном ковше взаимодействует с ат­мосферой.

6. Струя металла с воздухом, захва­ченным (эжектированным) струей ме­талла при разливке по изложницам или в кристаллизатор установки не­прерывной разливки.

7. Поверхность металла в изложни­це или кристаллизаторе контактирует с атмосферой.

8. Металл, раскисленный сильны­ми раскислителями (кальцием, магни­ем, редкоземельными металлами) с оксидами футеровки ковша.

При контакте жидкого металла с атмосферой помимо окисления проте­кают реакции взаимодействия с ат­мосферной влагой и азотом воздуха. Окислительный потенциал воздуха (21 % О₂) определяется значением P_O2^возд = 0,021МПа; потенциал атмосфе­ры, равновесной с чистым расплав­ленным железом, P_O2^ч.ж. = 10 ^-3 Па; по­тенциал атмосферы, равновесной с железом, раскисленным такими рас­кислителями, как кремний, алюминий и др., P_O2^раск.ж. = 10^-5 — 10^-7Па. Огром­ное (почти десять порядков) различие окислительного потенциала воздуха и раскисленного металла определяет трудность защиты металла от вторич­ного окисления.

Сложность защиты струи металла при выпуске и разливке от азота и вла­ги воздуха объясняется парадоксаль­ным фактом: чем чище от примесей

Рис. 19.53. Схемы (а, 6) организации предохранения металла от воздействия атмосферы:

1 — разливочный ковш; 2 — защитная труба; 3 — промежуточный ковш; 4 — погружной разливочный стакан; 5— кристаллизатор; 6— защитное устройство, раздвигающееся при качании кристаллизатора

металл (в результате внепечной обра­ботки), чем меньше в нем таких, на­пример, поверхностно-активных при­месей, как сера, «блокирующих» по­верхность, тем больший вред качеству может нанести контакт с атмосферой. Поэтому предотвращение такого кон­такта струи металла, подвергнутого внепечной обработке, является обяза­тельным.

Из существующих многочисленных способов защиты металла чаще ис­пользуют следующие: 1) отсечку окис­лительного конечного шлака и наве­дение в ковше шлака, не содержащего оксидов железа; 2) защиту струи ме­талла инертным (или восстановитель­ным) газом; 3) организацию уплотне­ния между сталеразливочным и про­межуточными ковшами; 4) введение при помощи удлиненных разливочных стаканов струи металла вглубь (так на­зываемая «разливка под уровень»); 5) использование для изготовления футеровки ковшей огнеупоров из ма­териалов (например, MgO), слабо вза­имодействующих даже с сильными раскислителями; 6) наведение на по­верхности металла в промежуточном ковше, в кристаллизаторе и в излож­нице шлака, слой которого препят­ствует контакту металла с атмосферой. Шлак, наведенный в кристаллизаторе или изложнице, препятствует также интенсивному охлаждению верхних слоев металла и привариванию образующеися корочки к холодной поверх­ности изложницы или кристаллиза­тора (предотвращение заворотов ко­рочки). При разливке в изложницы принято использовать порошкооб­разные смеси. При соприкосновении порошков с разливаемым металлом формируется шлак, изолирующий при дальнейшем подъеме уровня ме­талла его от атмосферы и стенок из­ложницы.

При использовании методов внепечной обработки роль таких участков технологической цепи, как ковш-изложница, ковш—центровая, стале-разливочный ковш—промежуточный ковш, промежуточный ковш-крис­таллизатор, становится намного зна­чительнее, чем в случае работы по тра­диционной технологии, так как после внепечной обработки металл оказыва­ется более чистым и соответственно отрицательный результат вторичного окисления более существен.

Для предотвращения воздействия воздуха на струю металла используют различные приемы (рис. 19.53). Ис­пользуются и другие приемы работы. Так, например, на некоторых метал­лургических заводах Японии получил распространение такой прием, как загрузка на дно ковша перед выпуском плавки сухого льда. Обильное испаре­ние льда создает газовую завесу, пре­дотвращающую переход в металл азота из атмосферы. Такой прием обеспечивает получение конвертерной стали с гарантированно низким содержанием азота. Примером организации одно­временно и защиты струи от воздей­ствия атмосферы, и обработки вакуу­мом является описанный выше (см. рис. 19.7) метод непрерывного вакуумирования струи, внедренный на НЛМК.