Обработка стали порошкообразными материалами при ВПО. Введение кальцийсодержащих материалов

Высокая реакционная способность вдуваемых порошков и зна­чительная поверхность их взаимодействия с жидким металлом соз­дают благоприятные термодинамические и кинетические условия для раскисления и десульфурации стали. Кальций, магний и их сплавы являются активными раскислителями и десульфураторами стали.

Процесс взаимодействия кальция и магния с кислородом и серой, растворенными в металле, в общем виде можно представить следую­щими реакциями:

R+[0] = (RO); R+[S] = [R]

(где R — реагент в жидком или газообразном состоянии в зависимо­сти от условий обработки), а также путем растворения реагента в ме­талле: R = [R] и последующего взаимодействия по реакции R+[0] = (RO);.

В случае протекания реакций по границам раздела фаз активность кислорода в металле может быть понижена до весьма малых величин. Так, при 1600 °С и рн = 1, что соответствует условиям выхода всплы­вающего пузырька с парами реагента из объема металла, активность кислорода с парами кальция и магния не должна превышать соответ­ственно 3-10⁹ и 10⁶.

Практически, столь высокая раскислительная способность каль­ция и магния не достигается из-за кинетических особенностей про­цесса и активного поступления в металл кислорода из атмосферы, шлака и футеровки ковша при низкой окисленности металла.

При малых активностях кислорода, которые достигаются раскис­лением стали алюминием, вероятность образования сульфидов каль­ция и магния весьма высока. Это указывает на целесообразность продувки раскисленного металла в ковше порошками кальцийсодержащих веществ через погружную фурму с использованием в качестве несущего газа аргона или азота, а также обработки расплава порош­ковой проволокой.

Под действием температур жидкой стали частицы шлакообразующей смеси (СаО + CaF2) превращаются в капельки шлака, а металли­ческие порошки (Са, Mg) - в парообразные пузыри.

Наряду с реакциями по границам раздела фаз металл—шлак, ме­талл—пар—реагент, наблюдают также взаимодействие растворенного в металле реагента (Са, Mg) с кислородом и серой, например:

[Са] + [О] = (СаО); [Са] +[ S] = (CaS).

Растворимость кальция и магния в жидкой стали низкая. Если принять растворимость кальция в металле равной 0,015%, то равно­весное содержание серы при этом составит 7,1-10⁸%, что значитель­но ниже достигаемых на практике концентраций серы в металле.

При малых содержаниях кислорода в металле, достигаемых при использовании для раскисления алюминия, вероятность образова­ния сульфидов кальция превышает вероятность образования его ок­сидов. При аналогичных содержаниях кислорода для магния вероят­ность образования оксидов магния остается выше вероятности обра­зования его сульфидов. На практике состояние равновесия реакций, как правило, не достигается, в результате чего вероятность парал­лельного образования сульфидов и оксидов реагентов (Са, Mg) суще­ственно возрастает

. Продувка металла порошкообразными реагента­ми (Са, Mg, РЗМ и др.) не только раскисляет и рафинирует металл от кислорода, серы, но и изменяет состав и форму присутствующих в готовой стали неметаллических включений. Так, в обработанной кальцийсодержащими веществами стали сера присутствует в виде ту­гоплавких, трудно деформируемых, глобулярных включений, срав­нительно равномерно распределенных в металле, в результате чего вредное влияние серы на свойства стали снижается.

Ковш с металлом после его раскисления, легирования и рафи­нирования шлаком подают мостовым краном или сталевозом на доводочную установку и в сталь вводят через погружную фурму или инертный газ, или в струе газа порошки металлических и шлакообразуюших материалов крупностью 0-2 мм. Обычно расход порош­ка силикокальция (30% Са) составляет 3 кг/т стали. Помол куско­вых металлических материалов до порошка различной крупности осуществляют в атмосфере азота (аргона). Для транспортировки порошков от мельницы к продувочной установке используют пере­носные пневмобункера, из которых порошки перекачивают в пневмонасосы. При продувке стали силикокальцием и карбидом кальция усвоение металлом кремния и углерода составляет 100%. Продувка металла порошком силикокальция обеспечивает десульфурацию стали и глобуляризацию неметаллических включений.

Аналогичный эффект достигают обработкой металла в ковше кальцийсодержащей проволокой.