Плавлення феросплавів у рідкій сталі

Розплавлення феросплавів у рідкій сталі. Як уже відзначалося, до легкоплавких відносяться такі сплави і метали, температури плавлення яких нижчі за температуру рідкої сталі, в яку вони додаються. Швидкість їх плавлення в рідкій сталі визначається, головним чином, фізико-хімічними властивостями речовини, що плавиться, і розплаву, характером його руху, а також формою тіла і його розмірами.

Характер руху середовища визначає механізм переносу тепла і речовини у рідині, а властивості речовини, яка плавиться, визначають швидкість передавання підведеного до її поверхні тепла в центр тіла.

Плавлення розглядається як процес, що складається із двох періодів, які здійснюються один за другим: інерційного і регулярного. Тепло, яке підведене до поверхні тіла в інерційний період, витрачається повністю на прогрівання тіла до досягнення на його поверхні температури плавлення. В регулярний період тепло, підведене до поверхні тіла, частково витрачається на прогрівання твердого тіла, що залишилося.

Для відносно малих швидкостей потоків рідкої сталі (0,1...0,5 м/с) вирішальний вплив на тривалість плавлення тіла справляє його температура плавлення: чим вона нижча, тим швидше досягається на його поверхні точка плавлення і тим менше часу необхідно для завершення процесу. При збільшенні швидкості потоків рідкої сталі (1,0 м/с) суттєвого значення набуває теплопровідність сталі: чим вона вища, тим швидше здійснюється передавання тепла до центра тіла і тим швидше воно плавиться.;

Якщо щільність феросплавів дуже відрізняється від щільності рідкої сталі, то вони будуть або опускатися на подину печі, або на дно ковша, або спливати на поверхню дзеркала сталі. Обидва випадки є несприятливими з точки зору здійснення процесів тепло- і масообміну.

Зона інтенсивної циркуляції сталі є найбільш сприятливою для протікання тепло- і масообміних процесів між сталлю і феросплавом. Результати досліджень в цьому напрямку підтверджують, що швидкість розплавлення твердих часток у рідині збільшується з ростом швидкості її руху, зменшенням розмірів часток і наближенням їх щільності до щільності рідини.

Особливо важливого значення ці питання набувають при легуванні сталі в ковші.

У зв'язку з тим, що швидкості спадних потоків більші висхідних, швидкість розплавлення феросплаву більш висока у нижніх горизонтах ковша, де швидкість потоків характеризується ще достатньо високими значеннями. В реальних виробничих умовах сталь на цих горизонтах дійсно має більш високу температуру, ніж у верхніх горизонтах між стінкою ковша і вхідним струменем.

Промислові феросплави надходять до замовника в кусках відносно великих розмірів. При їх подрібненні утрати в вигляді дрібних фракцій можуть досягати 3...5%, причому, чим дрібніше подрібнюють феросплави, тим більші утрати. Тому необхідно обмежувати максимальні розміри кусків феросплавів в залежності від необхідних швидкостей завершення процесів тепло- і масообміну в рідкий сталі. Практично для легування сталі в печі використовують феросплави розмірами кусків не більше 0,10...0,15 м.

Необхідно відзначити, що в реальних умовах при попаданні холодних кусків феросплавів в рідку сталь на їх поверхнях утворюється кірка намороженої сталі, яка суттєво змінює процес теплообміну між сталлю і феросплавом і збільшує тривалість розплавлення останнього.

Протягом першого періоду збільшується маса куска феросплаву внаслідок намерзання на його поверхні кірки сталі з наступним її розплавленням.

На початку другого періоду маса феросплаву різко зменшується внаслідок розплавлення його частини в першому періоді, а потім поступово зменшується з прискоренням через зменшення радіуса куска і різниці температур на його поверхні і в центрі Температура поверхні куска феросплаву поступово підвищується до температури плавлення і ^: залишається на одному рівні до завершення процесу плавлення.

Під час утворення кірки намороженого металу на поверхні кусків феросплавів можливе здійснення процесів взаємної дифузії атомів їх компонентів, що може змінити фізико-хімічні властивості суміжних шарів металів, які контактують, сприяти виникненню певного теплового ефекту і внаслідок цього може впливати на загальний процес теплообміну. Такі елементи як С, Si, А1, Ті, V і деякі інші розчиняються і розплавляються в залізі з виділенням тепла.