Применение нейтральных газов для обработки жидкой стали в ковше

Наиболее часто для продувки в ковше применяют аргон. Его подают через погружаемую фурму («ложный стопор»),через пористую огнеупорную пробку в днище ковша или через пористые швы в днище ковша. Широкое применение для продувки получили огнеупорные пористые пробки.

Продувку стали в ковше проводят для:

f) Выравнивания, установления точных заданных значений и корректировки температуры металла

g) Ускорения расплавления и равномерного распределения в объеме ковша легирующих компонентов и раскислителей

h) Выравнивания и точной корректировки химического состава стали

i) Для более полного удаления из стали кислорода, неметаллических включений, повышения степени чистоты стали

j) Для уменьшения концентрации водорода и азота в металле

Растворимость кислорода в стали и предельная растворимость кислорода в расплаве, способы получения стали с низким содержанием кислорода.

Кислород является неизбежной примесью железа и стали. Технологический процесс производства стали связан с окислением железа, примесей чугуна и других шихтовых материалов. Одновременно с окислением железа и примесей идет растворение кослородаав расплавленном железе (стали). По содержанию растворенного кислорода стали делят на 3 класса: кипящие, полуспокойные и спокойные. Кипящие стали не раскисляют сильными раскислителями кремнием и алюминием, содержание растворенного кислорода в них составляет 0,04-0,04%. Сталь при разливке ее в слитки и кристаллизации «кипит» за счет выделения пузырей оксида углерода, образующихся при взаимодействии углерода и кислорода, растворенных в стали, по реакции: [C]+[O]={CO}

Застрявшие между кристаллами пузыри СОпри прокатке завариваются и не образуют дефектов.

Полуспокойные стали раскисляют кремнием до содержания в стали 0,06-0,08 % кремния, при этом содержание кислорода не превышает 0,020-025%. При кристаллизации сталь изза пониженного содержания кислорода кипит вяло. Количество пузырей СОв слитке существенно меньше, чем в слитке кипящей стали.

Спокойную сталь раскисляют сильными раскислителями – кремнием до концентраций 0,17-0,37% для большинства марок стали и алюминием с расходом 0,5-1 кг/т. Содержание кислорода снижается до 0,003-0,007%. При кристаллизации такой стали кипение отсутствует, пузыри СО не образуются.

В настоящее время основную массу стали разливают на установках непрерывной разливки. Кипение стали в кристаллизаторе недопустимо. Поэтому стали для непрерывной разливки подвергают раскислению с использованием сильныхраскислителей (кремния и алюминия).

Растворимость кислорода в расплавленном железе в контакте с газообразным кислородом описывается законом квадратного корня Сивертса только в том случае, если составы расплавов железо-кислород находятся в гомогенной области Ж (L1) диаграммы состояния и на поверхности расплава железа не возникает оксидная фаза. Растворимость кислорода может быть описана уравнением: 0,5{О2}=[O]

Ко – константа равновесия реакции растворения кислорода

А – активность кислорода, растворенного в железе

Ро2 – парциальное давление кислорода в газовой фазе, атм

Предел растворимости кислорода в жидком железе достигаетсяуже при очень низких давлениях газообразного кислорода. Так, при обычно учитываемой температуре 1600 градусов цельсия (1873 К) растворимость кислорода 0,23 % достигается уже при давлении кислорода 0,61*10^-3 Па. Отсюда следует, что путем вакуумировния при давлениях 10^2 – 0,1 Па, реально достигаемых в вакуумных агрегатах для обработки стали, удалить растворенный кислород не представляетсявозможным. Удаление кислорода из расплавленной стали при вакуумировании происходит только за счет реакции с углеродом с образованием СО. Содержание кислорода в жидком железе, равновесноее с железооксидным шлаком (вюститом), может быть описано уравнением:

(FeO)=[Fe]+[O]

lg[O]_(FeO)=-6320/T+2,734

При температуре 1600 в железе может раствориться 0,23% кислорода при концентрации кислорода в вюстите около 22,5%.

В период продувки в расплавах Fe-C-O содержание кислорода определяется концентрацией углерода и составляет 0,01-0,15%. Эти концентрации ниже предела растворимости кислорода в расплавленном железе, но выше, чем равновесные с концентрацией углерода.