Раскисление

Раскисление металла – одна из основных операций рафинирования металла, заключающаяся в удалении из жидкого металла кислорода, присутствующего в виде оксидов, присадкой в металл раскислителей (восстановителей) – веществ, обладающих способностью соединяться с кислородом. От раскисления металлов в большой степени зависит их качество. Хорошими раскислителями являются C, Si, Mn, используемые в виде ферросплавов, в том числе комплексных раскислителей (силикомарганец, силикокальций и другие). Продукты раскисления всплывают в шлак либо удаляются в виде газа (оксид углерода).

Восстановительный процесс – физико-химический процесс получения металлов из оксидов отщеплением и связыванием кислорода восстановителем – веществом, способным соединяться с кислородом. Типичным восстановительным процессом является доменный процесс, в котором железо восстанавливается из руд главным образом углеродом или его оксидом.

Раскисление стали

Раскисление стали — это снижение содержания кислорода в стали до уровня, исключающего возможность окислительных реакций в слитке. Образующиеся при этом твёрдые, жидкие или газообразные продукты раскисления стали необходимо удалить до затвердевания слитка, так как они снижают качество стали. Содержание кислорода после раскисления стали снижается на порядок.

Стадии процесса раскисления:

1. Растворение раскислителей в жидком металле.
2. Реакции между кислородом и раскислителем.
3. Образование зародышей, рост и выделение продуктов раскисления.

Способы раскисления стали:

1. Осаждающее раскисление;
2. Диффузионное раскисление;
3. Специальные способы раскисления (обработка синтетическими шлаками; раскисление в вакууме).

Осаждающее раскисление

Такой способ раскисления, как осаждающее раскисление осуществляется при помощи элементов, обладающих большим сродством к кислороду, чем Fe. В зависимости от ситуации в качестве раскислителей применяют марганец, кремний, алюминий или комплексные раскислители.

Диффузионное раскисление

Выражение «диффузионное» не вполне соответствует существу процесса этого способа раскисления. Более точный термин — «экстракционное раскисление». При диффузионном раскислении содержание кислорода снижается за счёт раскисления шлака. Раскислителями могут быть C, Si, Al. Основная задача — снижение FeO в шлаке, что усиливает диффузию кислорода из металла в шлак (правило распределения Нернста).

Этот способ раскисления применяется только в дуговых печах, где нет горящих газов.

Обработка синтетическими шлаками (способ раскисления)

Широко применяется в практике обработка расплава железа синтетическими шлаками. В дуговой печи наводят шлак из Al₂O₃ и CaO; шлак заливают в ковш, туда же с высоты 3-6 м выливают струю металла из печи. Этот способ раскисления позволяет снизить содержание кислорода и серы.

Электрошлаковый переплав (способ раскисления)

Основная цель электрошлакового переплава (ЭШП) — очистка стали от серы и неметаллических включений в процессе расплавления исходного материала в разогретой шлаковой ванне. Кроме того, за счёт затвердевания в водоохлаждаемом кристаллизаторе можно управлять структурой слитка.

Вакуумное раскисление

Вакуумное раскисление основывается главным образом на реакции обезуглероживания, так как в вакууме раскислительная способность углерода значительно возрастает.

Автор обзора: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

1. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил.
2. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справ изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1982. 480 с.
3. Куликов И.С. Раскисление металлов. — М.: Металлургия, 1975. с. 504.

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>> —>

Источник

Раскисление

Раскисление металла – одна из основных операций рафинирования металла, заключающаяся в удалении из жидкого металла кислорода, присутствующего в виде оксидов, присадкой в металл раскислителей (восстановителей) – веществ, обладающих способностью соединяться с кислородом. От раскисления металлов в большой степени зависит их качество. Хорошими раскислителями являются C, Si, Mn, используемые в виде ферросплавов, в том числе комплексных раскислителей (силикомарганец, силикокальций и другие). Продукты раскисления всплывают в шлак либо удаляются в виде газа (оксид углерода).

Восстановительный процесс – физико-химический процесс получения металлов из оксидов отщеплением и связыванием кислорода восстановителем – веществом, способным соединяться с кислородом. Типичным восстановительным процессом является доменный процесс, в котором железо восстанавливается из руд главным образом углеродом или его оксидом.

Раскисление стали

Раскисление стали — это снижение содержания кислорода в стали до уровня, исключающего возможность окислительных реакций в слитке. Образующиеся при этом твёрдые, жидкие или газообразные продукты раскисления стали необходимо удалить до затвердевания слитка, так как они снижают качество стали. Содержание кислорода после раскисления стали снижается на порядок.

Стадии процесса раскисления:

1. Растворение раскислителей в жидком металле.
2. Реакции между кислородом и раскислителем.
3. Образование зародышей, рост и выделение продуктов раскисления.

Способы раскисления стали:

1. Осаждающее раскисление;
2. Диффузионное раскисление;
3. Специальные способы раскисления (обработка синтетическими шлаками; раскисление в вакууме).

Осаждающее раскисление

Такой способ раскисления, как осаждающее раскисление осуществляется при помощи элементов, обладающих большим сродством к кислороду, чем Fe. В зависимости от ситуации в качестве раскислителей применяют марганец, кремний, алюминий или комплексные раскислители.

Диффузионное раскисление

Выражение «диффузионное» не вполне соответствует существу процесса этого способа раскисления. Более точный термин — «экстракционное раскисление». При диффузионном раскислении содержание кислорода снижается за счёт раскисления шлака. Раскислителями могут быть C, Si, Al. Основная задача — снижение FeO в шлаке, что усиливает диффузию кислорода из металла в шлак (правило распределения Нернста).

Этот способ раскисления применяется только в дуговых печах, где нет горящих газов.

Обработка синтетическими шлаками (способ раскисления)

Широко применяется в практике обработка расплава железа синтетическими шлаками. В дуговой печи наводят шлак из Al₂O₃ и CaO; шлак заливают в ковш, туда же с высоты 3-6 м выливают струю металла из печи. Этот способ раскисления позволяет снизить содержание кислорода и серы.

Электрошлаковый переплав (способ раскисления)

Основная цель электрошлакового переплава (ЭШП) — очистка стали от серы и неметаллических включений в процессе расплавления исходного материала в разогретой шлаковой ванне. Кроме того, за счёт затвердевания в водоохлаждаемом кристаллизаторе можно управлять структурой слитка.

Вакуумное раскисление

Вакуумное раскисление основывается главным образом на реакции обезуглероживания, так как в вакууме раскислительная способность углерода значительно возрастает.

Автор обзора: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

1. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил.
2. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справ изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1982. 480 с.
3. Куликов И.С. Раскисление металлов. — М.: Металлургия, 1975. с. 504.

Читайте также:  Синекод от кашля для детей способ применения

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>> —>

Источник

Сущность процесса раскисления и способы его реализации

В настоящее время наиболее широко используются следующие способы внепечной обработки стали: раскисление и модифицирование; продувка инертным газом; внепечная десульфурация; вакуумирование с целью дегазации и глубокого обезуглероживания; корректировка химического состава металла.

18.1 Раскисление стали

18.1.1 Сущность процесса раскисления и способы его реализации

Раскислением называют технологическую операцию, в ходе которой содержание растворенного в металле кислорода понижают до требуемого уровня.

Основными задачами раскисления стали являются:

• обеспечение необходимого характера поведения стали при затвердевании в изложницах и кристаллизаторах МНЛЗ;
• получение продуктов раскисления (неметаллических включений), которые оказывают наименьшее негативное воздействие на механические и эксплуатационные свойства металла.

При высоком содержании кислорода в стали затвердевание ее может сопровождаться выделением из расплава оксида углерода в результате протекания у фронта кристаллизации реакции между растворенными в металле углеродом и кислородом

— (18.1)

Необходимая интенсивность протекания этой реакции при затвердевании стали в изложницах и кристаллизаторах МНЛЗ определяет основные требования к организации разливки металла, а также структуру полученных слитков.

В зависимости от характера поведения стали при затвердевании ее принято подразделять на кипящую, полуспокойную и спокойную.

Затвердевание кипящей стали сопровождается выделением из металла большого количества оксида углерода, которое принято называть кипением. Затвердевание полуспокойной стали должно сопровождаться слабым, непродолжительным кипением, для обозначения которого используют термин «искрение». Затвердевание спокойной стали должно протекать без видимого газовыделения.

Основные подходы к решению первой задачи раскисления стали иллюстрирует рисунок 18.1.

Рисунок 18.1 – Схема решения основной задачи раскисления при производстве различных типов стали: 1 – 3 – области нормального остаточного содержания кислорода в металле при производстве спокойной, полуспокойной и кипящей стали; 4 – обычное содержание кислорода в металле перед раскислением; 5 – содержание кислорода в равновесии с растворенным в металле углеродом

Наиболее широко используются следующие способы раскисления стали: осаждающее, экстракционное (диффузионное) и вакуумно-углеродное.

Источник

Характеристика элементов-раскислителей и константы реакции раскисления

Основной количественной мерой сродства элементов к кислороду является изменение энергии Гиббса (ΔG°) реакций их взаимодействия. Практически в сталях содержание элементов – раскислителей различно.

Так содержание алюминия в большинстве случаев не превышает 0,1%, содержание марганца колеблется в пределах 0,2—0,8%, поэтому для сравнения раскислительной способности элементов используют равновесное содержание кислорода в металле при разных содержаниях
элементов, которые рассчитывают по константам (постоянным величинам) реакции раскисления.Раскислители вводят в металл в виде сплавов с железом, в виде сложных сплавов, состоящих из железа и ряда других элементов (комплексных раскислителей) или в виде чистых металлов (алюми­ния, магния, кальция и др.). К комплексным раскислителям отно­сятся: силикомарганец, АМС (алюминий, марганец, кремний), силикокальций, силикоцирконий, силикоалюминий и др. Металличе­ские раскислители по степени возрастания их раскислительной способности располагаются в следующей последовательности: Мп (марганец), Si (кремний), Ti (титан), Zr (цирконий), Аl (алюминий), Mg (магний), Са (кальций).

Раскисляющую способность раскислителей оценивают, сравни­вая давления диссоциации оксидов элементов-раскислителей с дав­лением диссоциации оксида раскисляемого металла. Так, для рас­кисления FеО могут быть использованы все элементы, образующие оксиды с более низким, чем у монооксида железа, давлением диссо­циации.

Раскисление углеродом . Процесс раскисления металла углеродом мало изменяется при изменении температуры, поэтому ванну пред­варительно раскисляют добавками углеродсодержащих материалов (чугуна, ферросплавов) или вдуванием порошкообразных веществ. При этом продукт раскисления металла углеродом — оксид углерода — легко удаляется из ванны, способствуя ее перемешиванию.

Раскисление марганцем. С кислородом в металле марганец взаимо­действует по реакции

Константа равновесия этой реакции определяется из выражения (содержание компонентов реакции в процентах):

lgK_Mn = lg(1/[Мn]•[0]) = ΔG_T 0 (4,576•T) = (-69550 + 31,02•T)/(4,576•T) = (15200/T) – 6,78.

Марганец является слабым раскислителем и его присадки в ме­талл могут понижать содержание кислорода только в низкоуглероди­стой стали. При понижении температуры металла полнота раскисле­ния марганцем несколько повышается. С увеличением содержания марганца в металле до >0,6% в продуктах раскисления начинает пре­обладать оксид марганца, температура плавления которого (1650 °С) выше температуры металла, т.е. MnO находиться в твердом состоянии и плохо удаляется из металла в шлак.

Раскисление кремнием. Кремний с кислородом в металле взаимо­действует по реакции

Константу равновесия оп­ределяет выражение (содержание компонентов в процентах):

lgK_Si = lg(1 / [Si]•[О] 2 ) = -ΔG_T 0 (4,576•T) = (-86000 + 24,02•T)/(4,576•T) = (1880/T) – 5,25.

Установлено, что содержание кислорода в стали после раскисле­ния ее кремнием снижается только при низких концентрациях угле­рода в расплаве (

При содержании в металле >0,37% Б1 концентрация растворенно­го кислорода в расплаве практически не изменяется.

С понижением температуры металла раскислительная способ­ность кремния повышается. При содержании в стали >0,14% про­дукты раскисления представлены твердым кремнеземом, имеющим температуру плавления 1710 °С и плохо удаляющимся из расплава.

Раскисление алюминием. Алюминий является весьма активным раскислителем. Взаимодействие алюминия с кислородом металла происходит по реакции 2[Аl] + 3[0] = (Аl₂0₃). Константу равновесия определяет выражение (содержание компонентов реакции в процен­тах):

lgK_Al = lg(1/[Аl] 2 • [0] 3 ) = (64000/T) + 20,63.

Если при температуре 1660 °С и содержании в металле 0,005% [Аl] в равновесии с ним находится 0,0011% [О] , то при содержании алю­миния 0,01% равновесная концентрация кислорода в металле соста­вляет 0,0007%.

Продукты раскисления железа алюминием представлены в металле твердыми частицами глинозема с температурой плавления 2050 °С. Алюминий, в отличие от марганца и кремния, образует с азотом прочные нитриды с температурой плавления -2100 °С. Являясь цен­трами кристаллизации стали, нитриды алюминия способствуют из­мельчению ее первичного зерна. При содержании в металле >0,02% [Аl] не только изменяются форма и состав оксидных неметалличе­ских включений, но и снижается их количество, что оказывает поло­жительное влияние на механические свойства стали.

Раскисление титаном. В ряде случаев для раскисления стали ис­пользуют титан. Взаимодействие титана с килородом металла проис­ходит по реакции [Тi] + [0] = (ТiO₂), для нахождения константы равновесия которой используют выражение: lgK_Тi = -(30800/T + 0,38.

При содержании в железе 0,05% [Тi] равновесное содержание кислорода в расплаве при температуре 1600 0 С будет 0,004%, что свидетельствует о достаточно высоком раскисляющем действии титана.

Источник