Spo­събития за дезоксидация на стомана

В металургичната практика се използват следните методи за дезоксидация на стомана:

  • утаяване на дезоксидацията;
  • разл­ционова дезоксидация;
  • дезоксидация със синтетични шлаки;
  • вакуумна дезоксидация.

Утаяването на дезоксидацията е най-често срещаният метод, при който се постига намаляване на концентрацията на кислород, разтворен в течен метал, чрез свързването му с деоксидиращи елементи (Mn, Si, Ti, Zr, Al, Ca, REM), които имат по-висок афинитет за кислород, отколкото желязо.

Когато в метала се добави дезоксидант Е, има взаимодействие x [O] + y [E] = EYOX (g, l, s) с образуването на оксид на деоксидиращия елемент в газообразно, течно или твърдо състояние, неразтворим в стомана. Степента на намаляване на концентрацията на разтворения кислород се дължи на деоксидиращата способност на деоксидиращия елемент, обикновено определяна от концентрацията на кислород, разтворен в течно желязо, което е в равновесие с определена концентрация на деоксидиращия елемент. С увеличаване на афинитета на деоксидиращия елемент към кислорода, неговата деоксидираща способност се увеличава.

Термодинамичните данни за реакциите на окисляване са дадени в табл.

стомана

Получените продукти за деоксидация, поради по-ниската им плътност, се отстраняват от метала в една или друга степен. Пълнотата на пречистване на течна стомана от продукти на дезоксидацията зависи от размера, състава и физикохимичните свойства на частиците, способността им да се увеличават, от вискозитета и температурата на метала. Най-благоприятните условия за уголемяване на частиците и изплуването им от течна стомана се създават по време на образуването на течни продукти с ниско топене на дезоксидация, което е характерно за оксидите на елементите (манган, силиций) с ниска дезоксидираща способност. С увеличаване на дезоксидиращата способност на елементите (алуминий, титан, цирконий), точката на топене на частиците обикновено се увеличава; препоръчително е да се използват сложни дезоксидатори Si - Mn, Si - Ca, Ca - Al, Al - Mn - Si, Al - Si - Ca и др.), под действието на които се образуват относително ниско топими деоксиданти, способни да грубят и бързо плаващ нагоре.

Най-широко използваните деоксиданти са манган, силиций (под формата на феросплави) и алуминий. Манганът е относително слаб дезоксидант, но се използва при деоксидацията на всички стомани и е незаменим при производството на кипяща стомана. При деоксидиране с манган, в зависимост от съдържанието му в течна стомана, се образуват разтвори x MnO • y FeO в твърдо или течно състояние. С увеличаване на остатъчния манган в метала, MnO в продуктите на деоксидацията се увеличава, до образуването на свободен MnO.

Силицият е по-силен деоксидиращ агент. Продуктите на дезоксидация на силиций, с увеличаване на съдържанието му в стомана, са течни железни силикати до твърд силициев диоксид. По време на съвместното деоксидиране с манган и силиций се образуват силикати на манган и желязо, чийто състав зависи от съотношенията на концентрацията на манган, силиций и кислород. В присъствието на манган се увеличава деоксидиращата способност на силиция.

Алуминият е много активен дезоксидант. При въвеждане на алуминий в излишък, което обикновено се случва в практиката на деоксидация, се образуват твърди частици от фин алуминий. С малко добавяне на алуминий към метала се образуват частици FeO-Al2O3.

Дифузионната деоксидация, основана на закона за разпределение на железен оксид между метал и шлака, се свежда до дезоксидация на шлака. Намаляването на концентрацията на FeO в шлаката поради дезоксидацията й води до дифузия на кислород от метала в шлаката до равновесно разпределение между двете фази при дадена температура:

Дезоксидацията на шлака практически се извършва чрез въвеждане на повърхността на прахообразни дезоксидиращи смеси, съдържащи кокс, въглен, феросилиций и алуминий. По време на дифузионната деоксидация металът не е замърсен с продукти за деоксидация, но изпълнението му изисква редуцираща атмосфера и дълго време, което е свързано с намаляване на производителността на пещта. Този метод на деоксидация се използва при топене на висококачествена стомана в електрически дъгови пещи, където може да се създаде редуцираща атмосфера без много трудности.

Дезоксидационна практика. В зависимост от степента на деоксидация на стоманата се различават кипящи, полу-спокойни и спокойни стомани.

По отношение на степента на деоксидация, полуспокойната стомана заема междинно положение между кипящата и неподвижната стомана. Количеството добавени към метала дезоксиданти е недостатъчно, за да предотврати напълно отделянето на газове, поради което в слитъка от полу-спокойна стомана се наблюдават газови мехурчета и слабо развита кухина за свиване.

Спокойната стомана се деоксидира от излишък на силни деоксиданти, което изключва възможността за взаимодействие на разтворения кислород с въглерод по време на охлаждане и втвърдяване на метала в матрицата.

За да се намали замърсяването на стоманата с оксидни включвания и за по-равномерното им разпределение, напоследък се използва въвеждането на алуминий, силикокалций или алзикал в черпака с помощта на специални тръби. Предложен е и метод за деоксидиране на стомана в черпак с течен алуминий.