Дайте характеристику физико-химических процессов, протекающих при вакуумной обработке стали
Назовите предпосылки внепечной обработки стали.
Быстрое распространение в широких масштабах внепечной обработки стали объясняется рядом причин: 1. Распространением метода непрерывной разливки стали, который, в свою очередь, для высокопроизводительной работы установок требует точного (и стандартного от плавки к плавке) регулирования температуры и химического состава металла. В результате практически вся сталь, разливаемая на установках непрерывной разливки, подвергается внепечной обработке. 2. Непрерывно увеличивающиеся масштабы производства сплавов ответственного назначения, которые трудно получить при обычной технологии плавки. 3. Возрастающими масштабами производства сталей и сплавов с особо низким содержанием углерода. 4. Повышением требований к качеству рядовых сталей, выплавляемых в конвертерах и мартеновских печах. 5. Определенную роль в распространении новых методов вторичной металлургии играет и то обстоятельство, что эти методы позволяют коренным образом изменять структуру и тип потребляемых ферросплавов и раскислителей в сторону существенного снижения требований к их составу и соответствующего их удешевления. Например, использование метода аргоно-кислородной продувки позволило перерабатывать высокоуглеродистые ферросплавы и отказаться от использования дорогих низкоуглеродистых ферросплавов (см. далее). 6. Наличие в цехе агрегатов, в которых осуществляется внепечная обработка стали, позволяет сократить (или вообще исключить) проведение периода доводки в собственно сталеплавильных агрегатах. Особенно это касается дуговых и мартеновских печей. Соответственно возрастает производительность этих агрегатов, снижается расход огнеупоров, топлива, электроэнергии и т.д. В результате внедрения методов внепечной обработки в современных электродуговых печах осуществляется только расплавление шихты, а все операции по доводке металла производятся в агрегатах внепечной обработки. 7. Современные методы внепечной обработки позволяют получать готовую сталь и металлопрокат с очень малым ("ультранизким") содержанием углерода (менее 0,003%) и азота (менее 0,003 %). В результате стало возможным появление нового класса сталей - так называемых IF-сталей (от англ. Interstitial Free Steels). Ввод в состав этих сталей небольших количеств карбидо- и нитридообразующих элементов (таких как титан, ниобий, бор) позволяет полностью исключить наличие свободных атомов внедрения - углерода и азота — в кристаллической решетки при любых условиях охлаждения после прокатки и термической обработки и существенно повышает пластические свойства, деформируемость и штампуемость металлопродукции.
Дайте характеристику физико-химических процессов, протекающих при вакуумной обработке стали.
Удаление кислорода. Непосредственное удаление из стали растворенного в ней кислорода путем внепечной вакуумной обработки осуществить очень трудно (практически невозможно), так как для этого необходимо обеспечить очень низкое Давление в вакуум-камере (не более 0,6-10"3 Па). Практически наблюдаемое снижение содержания кислорода в сталеплавильной ванне при вакуумировании имеет место в результате: 1) всплывания оксидных неметаллических включений; 2) взаимодействия кислорода, растворенного в металле и Ходящего в состав оксидных включений, с углеродом. Наряду с реакцией образования СО образуется также некоторое количеств СО2. Поскольку роль реакции [С] + 2[О] = СО2 становится заметной при очень низких концентрациях углерода (<0,03 % С), эту реакцию в расчетах обычно учитывают общее содержание кислоро-модинамическую возможность восстановления включений углеродом, тем не менее указанные реакции вследствие различных кинетических трудностей получают ограниченное развитие.
даление водорода. Снижение содержания водорода в сталеплавильной ванне при вакуумировании имеет место в результате: 1) выделения пузырей водорода, зарождающихся в ванне (в случае высокого содержания водорода в металле, при котором создаются условия, необходимые для преодоления сил поверхностного натяжения и ферростатического давления) на поверхности футеровки или на неметаллических включениях; 2) десорбции газов с открытой (или открывающейся при перемешивании) поверхности ванны, к которой атомы газа перемещаются диффузионным или конвективным способом; 3) десорбции газа с поверхности пузырей СО внутри пузыря и вынос из ванны вместе с пузырями СО (в случае образования СО при вакуумировании); 4) десорбции газа с поверхности пузырей аргона в случае продувки металла аргоном; 5) всплывания гидридных неметаллических включений (в сплавах при содержании в них гидрообразующих элементов).
При снижении давления над расплавом, сдвигается равновесие реакции 2[Н]= Н2(г) вправо. Водород в жидкой стали обладает большой подвижностью, коэффициент диффузии водорода достаточно велик, D = (1^8)-10~3 см/с, и в результате вакуумирования значительная часть содержащегося в металле водорода быстро удаляется из него.
Удаление азота. Снижение содержания азота при вакуумировании происходит в результате: 1) всплывания нитридных неметаллических включений (в сталях и сплавах при содержании в них нитридообразующих элементов; 2) выделения пузырей азота, зарождающихся в ванне (в случае высокого содержания азота в металле, при котором создаются условия, необходимые для преодоления сил поверхностного натяжения и ферростатического давления) на поверхности футеровки или на неметаллических включениях; 3) десорбции газа с открытой (или открывающейся при перемешивании) поверхности, к которой атомы газа перемещаются вследствие диффузии или конвекции; 4) десорбции газа с поверхности пузырей СО и удаления из ванны вместе с этими пузырями; 5) десорбции газа с поверхности пузырей внутрь пузыря в случае продувки металла аргоном