Производство стали

Раздел ГРНТИ: Производство черных металлов и сплавов
Борнацкий И.И., Михневич В.Ф., Яргин С.А
Металлургия, 1991 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

 

Способы раскисления стали
 
В настоящее время применяют следующие способы раскисле­ния: осаждающее, диффузионное, раскисление стали углеродом при помощи вакуума и синтетическим шлаком.
При осаждающем раскислении раскислители вводят в сталь (в печь или ковш), при этом часть растворенного кислорода пе­реходит в стойкие оксиды. Так как плотность продуктов раскис­ления меньше, чем жидкой стали, то часть продуктов раскисле­ния успевает всплывать на поверхность и перейти в шлак, а часть продуктов раскисления остается в стали, при этом об­щее содержание кислорода в металле уменьшается. Продукты раскисления в виде неметаллических включений понижают ка­чество изготовляемой стали, вызывая в отдельных случаях та­кие дефекты, как расслоения, трещины и др.
Рис. 19.1. Схема осаждающего (а) и диффузионного (б) раскисления стали
 
Сущность диффузионного раскисления, в основном применя­емого при выплавке стали в дуговых электропечах, состоит в том, что к концу плавки шлак обрабатывается измельченными восстановителями — коксиком, ферросилицием, алюминием, по­нижающими содержание оксида железа в шлаке. В соответст­вии с законом распределения оксид железа (кислород) пере­ходит из металла в шлак, при этом содержание кислорода в ме­талле понижается. При диффузионном раскислении, в сравнении с осаждающим раскислением, сталь содержит меньше кис­лорода и неметаллических включений, так как реакции раскис­ления в самом металле не происходят. На рис. 19.1 показана схема осаждающего (а) и диффузионного (б) раскисления стали.
Для раскисления стали синтетическим шлаком в отдельных сталеплавильных агрегатах приготавливается синтетический шлак из извести, глинозема, плавикового шпата. За несколько минут до выпуска плавки расплавленный шлак с температурой 1700 °С в количестве 3—4 % от массы плавки заливают в сталеразливочный ковш. Струя металла во время выпуска плавки с большой высоты падает на шлак, происходит дробление ме­талла и шлака, поверхность контакта между шлаковой и ме­таллической фазами резко возрастает и в соответствии с зако­ном распределения оксид железа переходит в шлак. Этот пере­ход сопровождается снижением содержания кислорода и не­металлических включений в металле.
При раскислении стали в условиях вакуума значительно по­вышается раскислительная способность углерода в связи с тем, что продукт раскисления углеродом СО удаляется из сферы вза­имодействия.
Более низкая концентрация остаточного кислорода в стали, раскисленной комплексными раскислителями, обусловлена тем, что образующиеся оксиды (МnО, SiO2 и др.) вступают во вза­имодействие между собой и сдвигают равновесие реакции рас­кисления в сторону более низкого содержания остаточного кис­лорода в стали. При раскислении стали комплексными раскис­лителями продукты раскисления в большинстве случаев образуются в жидком виде.
 
Величина зерна оказывает значительное влияние на механи­ческие и технологические свойства стали. Так, крупнозернистая сталь характеризуется повышенной прокаливаемостью, она лучше обрабатывается резанием. Однако с увеличением дейст­вительного размера зерна ухудшаются механические свойства, в наибольшей степени ударная вязкость. Различают природную и действительную величину зерна. Природная величина зерна в значительной степени определяется процессами, протекаю­щими при легировании и раскислении стали. Неметаллические включения, образующиеся при раскислении стали (AI2O3, TiO2 и др.), являются центрами кристаллизации, а при нагреве стали выполняют роль «барьеров» и таким образом препятствуют ро­сту зерна. На действительную величину зерна влияют темпера­тура начала и конца прокатки, условия термической обработки, а также величина природного зерна в стали.
Алюминий широко применяется для получения мелкозерни­стой структуры стали. В зависимости от содержания углерода в стали присадки алюминия могут составлять 0,06—0,12 %. Из других элементов, способствующих получению мелкозернистой структуры, следует отметить ванадий. При его введении в сталь получается более однородное зерно, чем при раскислении стали алюминием. Имеются также данные о тормозящем действии нитрида алюминия A1Nна рост зерна в стали.