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

ца и железа в них тем больше, чем больше содержание марган­ ца .в стали.

Оставшиеся в твердом растворе стали алюминий, кремний и марганец действуют на сталь как легирующие примеси. Напри­ мер, оставшийся в стали после раскисления растворенный алю­ миний делает ее нестареющей после деформации, понижает тем­ пературу перехода в хрупкое состояние, уменьшает размер при­

родного зерна аустенита и т. д.

Раскисляющая способность элемента, вводимого в сталь, из­ меряется содержанием остающегося в жидкой стали растворен­ ного кислорода, находящегося в равновесии с оставшимся в ней этим элементом и с образовавшимися продуктами раскисления. Химический состав и свойства продуктов раскисления могут весьма сильно меняться; поэтому раскисляющее действие одно­ го и того же элемента может быть весьма различным и зависит

от состава и свойств получающихся продуктов раскисления. Раскисляющая способность каждого элемента, растворен­

ного в жидкой стали, зависит от следующих условий: 1) свойств данного элемента, 2) концентрации элемента в жидкой стали, 3) активности его окисла в продуктах раскисления, 4) темпера­ туры. Концентрации элементов в промышленных сортах стали и активности их окислов в получающихся продуктах раскисле­ ния различны и не одинаковы для разных элементов. Поэтому

неверно и не имеет смысла сравнивать раскисляющую способ­ ность элементов при одинаковых их концентрациях в стали и при одинаковых активностях их окислов в продуктах раскисле­ ния, находящихся в равновесии с жидким металлом.

Раскисляющая способность элемента в зависимости от его концентрации в жидкой стали и от активности продуктов рас­ кисления выражается термодинамическим уравнением. В общем виде зависимость логарифма константы равновесия от темпера­ туры приближенно выражается уравнением

igK = —у- + в.

Численные значения коэффициентов А и В определяются опытным путем при исследовании равновесного состояния ре­ акций раскисления.

Приращение свободной энергии вещества при переходе его из стандартного в данное состояние определяется уравнением

ДР° = £Т1па = ДЯ° — T&S°,

где а—активность вещества в данном состоянии; ДЯ°— приращение энтальпии;

Д5° — приращение энтропии.

растворенного вещества от чистого состояния до данной кон­ центрации N (в растворе это приращение энтропии для одного моля вещества равно —Д1.пА); во-вторых, изменение энтропии

может быть вызвано взимодействием растворенного вещества с растворителем. .Для идеальных и так называемых регулярных

растворов второе слагаемое равно нулю.

Состав шлаковой фазы, находящейся в равновесии с раскис­ ленной сталью,, значительно влияет на раскисляющее действие того или иного элемента.

При раскислении окислы элемента-раскислителя вступают в соединение с окислами железа, со шлаком и с материалом фу­

теровки печи, образуя шлаковую фазу нового состава. Расплав­ ленные шлаки состоят из ионов (катионов и анионов) и из ион-

ных пар, образующихся в результате электростатического при­ тяжения ионов с противоположными зарядами. Ионные пары

существуют в течение короткого промежутка времени, так как ионы в растворе беспорядочно меняются местами. Следователь­ но, какая-то часть ионов в шлаке связана в ионные пары и не

участвует в реакции.

Активность окислов элементов-раскислителей в шлаковых расплавах может быть выражена уравнением

fl£yOr = '‘Е..ОХ '

ления стали приведены Н. Н. Доброхотовым [5], О. Кубашевским и Э. Эвансом [6]. В обоих этих руководствах содержатся совре­ менные и одинаковые данные1.

Для расчета реакций раскисления стали алюминием нет об­ щепризнанных термодинамических уравнений, вследствие труд­

которыми не следует пользоваться. Прим., ред. :

известно, как изменяется свободная энергия при растворении в жидкой стали жидкого алюминия в той малой концентрация (0,01—0,03% по весу), в какой он обычно находится в стали после раскисления и, следовательно, точно не известна его ак­ тивность в жидкой стали.

При растворении малых количеств алюминия (0,01—0,03%) в жидкой стали он, по всей вероятности, вступает во взаимодей­ ствие с азотом (нитридом железа) по реакции Fe4N + Al == = 4Fe+AlN, вследствие чего тепловой эффект растворения алю­ миния должен возрастать с увеличением отношения содержания

азота к содержанию алюминия в стали. Учитывая это, Н. Н. До­ брохотов [7] рекомендует тепловой эффект растворения малых

количеств алюминия в жидкой стали принять равным 26700 кал)моль, т. е. на 15000 кал больше, чем принимали, ис­ ходя из условия, что при растворении грамм-атома алюминия в жидкой стали выделяется 11700 кал. Высказанное допущение требует экспериментального уточнения, но подтверждается тем, что термодинамический расчет раскисления алюминием в этом случае будет соответствовать опытным данным и практике рас­

кисления стали. Для раскисления стали алюминием получаем:

(А12О3) = 2[%А1] + 3[%О];

Пользуясь приведенным уравнением для равновесия алюми­ ния и кислорода в жидкой стали и продуктов их взаимодейст­ вия, можно определить, что, например при /=1600° в случае, если жидкая сталь находится в равновесии с неметаллическими

равно 0,0225%.

Равновесие растворенных в жидком железе кремния и кис­ лорода с активным кремнеземом в продуктах раскисления оп­ ределяется следующим уравнением:

(S:O2) = [Si] + 2 [О].

Для определения константы равновесия этой реакции следу­ ет рекомендовать уравнение

где [%Si] — весовое содержание кремния в стали, %; [%О]— весовое содержание кислорода в стали, %;

asio2—активность кремнезема в продуктах раскисления,

находящихся в равновесном состоянии с жидким железом, доли единицы.

При температуре ^=1600° значение константы равновесия получается равным

активность кремнезема в шлаковой фазе, находящейся в равно­ весии с расплавленным железом, должна быть равна:

Если сталь раскисляют кремнием в 'плавильной печи (мар­ теновской или электрической) с основной футеровкой, актив­ ность кремнезема в шлаковой фазе значительно меньше едини­

цы; вследствие этого раскисляющее действие кремния в основной печи больше, чем в кислой печи или в сталеразливочном ковше,

где образующиеся продукты раскисления содержат больше кремнезема.

Равновесие растворенных в жидком железе марганца и кис­

лорода с закисью марганца в шлаковой фазе определяется сле­

дующим уравнением: (МпО) =[Мп]+[О].

Обозначим через пМп0 активность (в долях единицы) заки­ си марганца в продуктах раскисления, находящихся в равно­ весном состоянии с жидким железом.