В указанном произведении следует понимать металлический алюминий, растворенный в стали и не образующий каких-либо соединений. Нерастворимый алюминий состоит почти полностью из алюминия во включениях

В указанном произведении следует понимать металлический алюминий, растворенный в стали и не образующий каких-либо соединений. Нерастворимый алюминий состоит почти полностью из алюминия во включениях глинозема или в форме нитридов. Аналитическое количество кислорода в значительной степени зависит от кинетических факторов процесса и является достоверным только при условии полного удаления или отстаивания включений.

По-видимому, наиболее перспективным для изучения процессов раскисления в лабораторных и производственных условиях является метод э. д. с. конструктивно оформленный в виде концентрационного гальванического элемента. Однако полученные этим методом значения кoнcтaнты равновесия реакции раскисления алюминием различными исследователями указывают на необходимость совершенствования метода для получения надежных результатов. Константа равновесия, рекомендуемая Японским физико-химическим комитетом производства стали [89], имеет вид:

Согласно данным В. И. Явойского, константа равновесия реакции составляет - 5,6 •10^-11, по данным Туркдоган и др. она равна - 4-10 ^-14.

Обычно при добавках раскнелптелей происходит снижение растворимости кислорода, однако при раскислении алюминием имеется минимум растворимости. По данным ряда исследователей, эта величина различная и она составляет: -0,2% [90]; 0,07% [64]; 0,035% [75].

Рис. Зависимость между [Al] и [O] в жидком железе при 1600 °С:

1 - данные авторов работы |93|; 2 - равновесная кривая |84|; 3- данные работы /73. 76|; 4 -данные работы |94|; сплощные линии -с учетом снижения поверхностного натяжения при повышенном содержании кислорода; пунктирные – без учета этого снижения

Принимая параметр взаимодействия е ^А1 = —1,17, оптимальная концентрация алюминия, равная 0,25%, вычислена при 1600° С. При этой концентрации алюминия содержание кислорода минимально и равно 3,1 • 10 ^-4% [55, с. 171]. Значение этой величины практически совпадает с величинами, приведенными на рис. 8, и с данными работ [61, 90]. С концентрацией остаточного алюминия в расплаве γ существенно изменяется. В полулогарифмических координатах она имеет прямолинейный характер и "пп-сывается уравнением [69J: Ig у^¹ =-—0,943 [% AiJ. Этоуравнение свидетельствует [681 оптимальных величинах активности кислорода при значительных содержаниях А1_ост и повышающейся при этом растворимости кислорода в металле.

В промышленных плавках спокойной стали общее содержание кислорода получается намного выше, чем рассчитанное по условиям равновесия между растворенным кислородом и раскислителем, составляя обычно 0,002—0,006% [83, 91, 92] и, очевидно, не зависит от избыточной сверхравновесной концентрации алюминия.

Значительные колебания остаточного алюминия, с одной стороны, [95], а с другой, - почти постоянное содержание алюминия, находящегося в виде окислов, подтверждают предположение о соизмеримости скорости процесса удаления глинозема со скоростью химической реакции. Тем не менее этот вопрос требует дополнительных уточнений с точки зрения кинетических факторов.

Учитывая возможность аналитических ошибок вследствие низких концентраций кислорода и наличие в металле неудаленных окисных включений, следует считать, что расчетные значения больше соответствуют действительному поведению алюминия как раскислителя, чем экспериментальные, т. е. значение K'_{Al o} близко к величине 10~¹⁴. Так, в работе Асано и др. [96] подтвержда­ется правильность расчетных данных: при раскислении железа алюминием содержание кислорода снижается с 0,015 до 0,0004% за 2—3 с. Еще более убедительными являются данные, приведенные в гл. VIII, п. 2. Согласно этим данным, при продувке стальной ванны известью, не обладающей раскислительным потенциалом, после глубокого раскисления алюминием, достигается снижение концентрации кислорода до 0,0001%, близкой к равно­весной, за счет взаимодействия извести и глинозема. При этом образуются алюминаты кальция, легко удаляющие­ся из расплава. В продуктах раскисления возможно образование шпинели FeO-Al₂O₃ при низком содержании алюминия по реакции:

FeO • Al ₂O ₃ = Fe _ж + 4[О] +2 [Al];

Согласно данным работы [86], lgК_{FeO • Al 2 O3} = - 71730/T + 23,25.

В точке равновесия FeO-Al₂O₃—А1₂О₃, определенной совместным решением уравнений для FeO-Al₂O₃ и А1₂О₃ при 1600° С, по расчету концентрация алюминия равна 4,8-10 ^-4% [55, с. 172], величина значительно меньше величины обычно применяемой присадки алюминия.

Рис. 9. Влияние присадки алюминия в ковш на морфологию включений, остающихся в углеродистой стали [97]: / — МП О—SiO₂; // — (MnO—Al₂O₃) + (MnO—SiO₂)

Влияние различных присадок алюминия в ковш на морфологию оксидных включений, остающихся в углеродистой стали, показано на рис. 9. Уже при вводе 0,75 кг/т стали все шпинели преобразуются в а-корунд. Однако в процессе диффузионной кинетики лимитирую­щая стадия может изменяться от недостатка в доставке раскислителя (с образованием продуктов раскисления в виде шпинелей) к лимитированию доставки кислорода с образованием чистого а-корунда.

В последние годы стали применять сложные рас-кислители для повышения эффективности раскисления. Комплексные раскислители изучают многочисленные ис­следователи, и полученные результаты можно считать довольно успешными. Однако, по ряду вопросов имеют­ся разногласия, что требует дальнейшего изучения. В на­стоящее время уже совершенно ясно, что под комплекс­ным раскислением нельзя понимать применение только готовых многокомпонентных сплавов. Современные пред­ставления о глубоком раскислении алюминием и о более быстром всплывании глиноземистых включений приводят к выводу о целесообразности (для отдельных групп ма­рок стали в зависимости от конкретных условий) рас­кисления не готовым комплексным сплавом, а раздельно

Рис. 18. Изменение суммарной концентрации кислорода В металле после добавок различных раскислителей [134]:

1 - силикокальций; 2 - алюминий; 3 металлический кремний; 7 - цирконий;.5 - титан; 6 - силикомарганец; ([Мn]: [Si] = 7: 1): I - выпуск; II - выдержка стали в ковше; III - транспортировка ковша; IV - разливка; С - слиток

Рапсе рекомендовали применять, раскислители, образующие и расплаве жидкие продукты раскисления малой плотности, которые легче укрупняются, чем твердые частицы (таких взглядов придерживались М.М. Карнаухов, Герти, Кёрбер и Эльзеп, Шенк и д р.). Наряду с подтверждением отмеченных ранее соображений о процессах удаления включений были получены также результаты, которые несовпадали с прежними взгляда. А М. Самарин и др. [133] установили, что при введении металл незначительных количеств алюминия (0,3 0,Г)%) продукты раскисления всплывают значительно быстрее, чем силикаты в связи с худшей смачиваемостью глинозема жидким железом. Плёкингер и Вальстер сопоставили результаты раскисления стали, выплавленной в 3-т дуговой электропечи различными раскислителями.

Наибольшая скорость удаления включений установлена при раскислении алюминием.

При раскислении стали алюминием содержание кислорода к концу выпуска достигает 15 % от исходного, а при раскислении стали кремнием в лучшем случае составляет 50 %. С наибольшей скоростью удаляются продукты раскисления ферроалюминием, с меньшей скоростью – силикомарганцем, содержащим албминий, затем следуют продукты раскисления бедным ферросилицием и с наименьшей скоростью удаляются включения при раскислении силикомарганцем без алюминия.

При осадочном раскислении необходимо указывать различные формы кислорода — общего, растворенного и во включениях в функции от времени, в том числе Периода затвердевания, с учетом формирования первичных и вторичных продуктов раскисления. Например, при раскислении 25 % Si содержание растворенного кислорода быстро снижается и составляет равновесное (0,012%) при 1600° С. В ковше и в процессе разливки происходит дальнейшее уменьшение концентрации кислорода, п в затвердевшей стали оно почти равно нулю. Однако, по­скольку жидкая сталь содержит около 0,010% растворенного кислорода, образование включений происходит в процессе охлаждения и затвердевания металла. В. данном случае в твердой стали остается 0,02 % включений. С учетом раскисления при охлаждении и затвердевании можно считать установленным, что для получения чистой стали необходимо проводить глубокое раскисление для максимального_.сннжения содержания растворенного кислорода п образования быстроудаляющпхея первичных включении.

Рис. Изменение содержания растворенного кислорода: 1 – кислорода в виде включений; 2 – общего содержания кислорода; 3 – после ввода раскислителей: а) кремния; б) алюминия.

Из сравнения содержания растворенного кислорода и общего его содержания при различных раскислителях следует, что алюминий имеет бесспорное преимущество, несмотря на то, что при раскислении алюминием общее содержание кислорода всегда остается выше, чем растворенного кислорода, что связано, как изложено выше, с наличием в расплаве топких алюминатов. При использовании кремния до момента сто ввода в сталь необходимо иметь возможно низкое содержание кислорода, а при раскислении алюминием (в результате высокой скорости удаления глинозема) содержание включений в стали не

Расчетами и моделированием установлено, что для разрыва слипшихся частиц глинозема потоком стали скорость потока должна составлять для частиц размером 5 мкм около 1350см/с, а для частиц размером 50 мкм около 600см/с. Такие скорости не достигаются при разливке стали и, следовательно, частицы, которые однажды столкнулись и слиплись под действием сил поверхностного натяжения, в жидкой стали уже больше не разделяются.

Некоторые авторы, в частности Туркдоган, указывают на то, что скопления имеют неплотную структуру и сложную форму. Поэтому металл, попадая в разветвления дендритов, повышает плотность скопления, значительно снижая скорость их всплывания, несмотря на относительно большие размеры.

Дата добавления: 2015-08-29