Материал: Хан Б.Х. Раскисление, дегазация и легирование стали

ностного натяжения и взаимного притяжения происходит их сли­ яние и укрупнение.

Укрупнение включений происходит двумя путями: 1) несколь­ ко отдельных образований сливаются в одно более крупное с ис­ чезновением разделяющих поверхностей; этот процесс носит наз­ вание коалесценции;, 2) отдельные мелкие образования опекают­ ся или слипаются друг с другом, причем разделяющие их по­ верхности полностью не исчезают; по своему строению такие

Рис. 35. Коалесценция частиц силикатов железа

(X 300)

включения напоминают конгломерат; этот процесс называется коагуляцией.

Коалесценция имеет место при укрупнении взвесей жидких включений в металле, причем сливающиеся капельки жидких

включений могут быть одинакового или различного состава. Коагуляция происходит при встрече двух или более твердых включений, а также при встрече капель взаимно малораствори­ мых жидкостей.

На рис. 35 представлен процесс укрупнения частиц силика­ тов железа путем коалесценции. Эти включения обнаружены в железе, раскисленном кремнием. Процесс слипания и укрупнения мелких частиц в более крупные играет огромную роль в очище­ нии стали от этих включений, так как чем больше размер части­ цы, тем легче удаляется она из металла.

Чем выше температура металла в момент раскисления, тем полнее протекает процесс очищения жидкой стали от вклю­ чений.

Если металл мало перегрет над температурой ликвидуса, процессы смешивания, коагуляции и всплывания примесей за­ держиваются и готовая сталь получается грязной.

Скорость всплывания микроскопических шлаковых частичек в жидкой стали определяется формулой Стокса

случае, если она не смачивается жидкой сталью. В действитель­ ности же шлаковая частичка в той или иной степени смачивает­ ся жидкой сталью и покрывается оболочкой из жидкой стали, вследствие чего удельный вес образовавшейся частички приб­ лижается к весу окружающей жидкости и разность d\ — d2 стано­ вится очень малой. Например, шлаковые частички диам. 0,01 мм

при разности di—t/2=l г)смй будут всплывать в жидкой стали со скоростью, условно рассчитанной по формуле Стокса и равной

— • 981 • 7~~6 • 0,0052 — 0,121 см/сек. — 7,26 см/мин.

9 0,045

Расчет показывает, что за время выдержки стали в сталераз­ ливочном ковше перед разливкой в течение 10 мин. включения диам. 0,01 мм, не смачиваемые жидкой сталью, всплывут на вы­ соту, приблизительно равную 2,5 м, и перейдут в-шлак. Вклю­ чения такой же величины, но смачивающиеся жидкой сталью,

успеют‘всплыть только на высоту около 0,7 м и останутся в жидкой стали. Приведенный пример позволяет считать, что на практике во время выдержки металла в ковше всплывают толь­ ко включения размером больше 0,01 мм. Основная же масса мелких включений, которые смачиваются жидкой сталью, остает­ ся в металле. Образующиеся в объеме жидкой стали, находя­

щейся в ковше, конвективные и циркуляционные потоки увлека­ ют с собой включения и не позволяют им удалиться из металла.

Следовательно, выдержка жидкой стали в ковше перед раз­ ливкой способствует очищению стали только от сравнительно

крупных включений и от мелких включений, не смачивающихся

жидкой сталью. Однако длительная выдержка металла в ковше вызывает понижение температуры стали, что может привести к неприятным последствиям при разливке металла в формы и из­

ложницы.

Процесс укрупнения и всплывания из стали продуктов рас­ кисления в большой степени зависит от химического состава об­ разующихся неметаллических частиц и от того, в жидком или в твердом состоянии находятся эти включения в расплавленной

стали. Слияние мелких включений в более крупные определяет­ ся межфазным натяжением на поверхности соприкосновения не­ металлических частиц с жидкой сталью и температурой плавле­ ния этих частиц.

Чем больше величина межфазного натяжения на границе раз­ дела жидкая сталь— неметаллическое включение, тем выше способность частиц к укрупнению и, следовательно, лучше усло­

вия для очищения стали от продуктов раскисления. Микиашвили, Самарин и Цылев исследовали межфазное на­

тяжение на границе алюмосиликатного шлака с жидким желе­ зом и 1повержност1ное натяжение расплавов системы закись марган­ ца—кремнезем—глинозем [69]. Они сообщают, что межфазное на­

тяжение на границе шлак — жидкое железо повышается с увели­ чением содержания кремнезема и глинозема в шлаке и с умень­

шением концентрации закиси марганца. Из этих данных следует,

что для увеличения межфазного натяжения на границе жидкая

сталь — включение и создания благоприятных условий для укрупнения и всплывания включений следует увеличивать кон­ центрацию кремнезема и глинозема в продуктах раскисления и уменьшать концентрацию закиси марганца.

Форма частиц неметаллических включений, которая обуслов­ лена температурой плавления образующихся при раскислении

окисных соединений, оказывает влияние на жидкотекучесть стали. При одной и той же температуре стали остроугольные включения неправильной формы в большей степени снижают

жидкотекучесть стали, чем глобулярные включения *.

Температура жидкой стали имеет огромное значение для по­

лучения металла, чистого от всех видов неметаллических вклю­ чений. Если металл мало перегрет над температурой ликвидуса, процессы смешивания, коагуляции и всплывания примесей за­

родных включений (окислов). Однако, чтобы правильно вести этот процесс, следует учитывать, что одновременно протекают процессы и уменьшения, и увеличения содержания в стали кислородных включений.

Увеличение засоренности раскисленной стали оксидами не случайное, а обычное явление, почти всегда имеющее место в практике разливки стали. Это происходит, во-первых, вследствие вторичного окисления раскисленной стали кислородом воздуха (на поверхности рассеяной струи жидкой стали, на ее открытой поверхности в изложницах при медленной разливке, при под­ качке в центровую при сифонной разливке и проч.).

Во-вторых, сталь непременно засоряется окислами при разливке с «ко­ рочкой», образующейся на открытой поверхности жидкой стали в изложни­ цах. «Корочка» представляет собою образовавшиеся или всплывшие из стали окислы, которые в случае перемешивания с жидкой сталью попадают в нее в вице крупных или мелких частичек и загрязняют ее.

■ Недопонимание важности этого распространенного явления ведет к не­ правильному практическому проведению процессов раскисления стали. На­ пример, надо понимать, что тугоплавкие продукты раскисления с большим со­ держанием глинозема и с малым содержанием закиси марганца быстрее всплывают из стали, чем легкоплавкие, но могут легко и в большей степени запутываться в стали в случае их перемешивания со сталью.

Снижение количества алюминия, вводимого для раскисления стали, ведет к увеличению засоренности стали «эндогенными» оксидами, но уменьшает за­

соренность стали «экзогенными» включениями.

Для одновременного снижения содержания тех и других включений, надо раскислять сталь большим количеством алюминия, но разливать сталь «без корочки». Прим. ред.