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

146 Дегазация стали

дорода в металле не может быть определенной взаимосвязи.

Это положение подтверждается данными рис. 66, характеризую­

щими изменение содержания водорода в металле и величину средней скорости выгорания углерода в период рудного кипения.

Наводка нового шлака производится смесью извести и бок­ сита или боя шамотного кирпича. Исследования [91] показали, что

Рис. 66. Соотношение между средней скоростью выгорания угле­ рода и изменением содержания водорода в металле в период руд­ ного кипения

при введении в печь боксита даже в прокаленном виде содер­ жание водорода в металле повышается до 1 юг/100 г вследствие высокого содержания влаги в боксите, входящей в его химиче­ ский состав. Поэтому боксит при выплавке качественной стали применять не следует, тем более, что повышение содержания гли­

нозема в шлаке ухудшает его обессеривающие и обесфосфори-

вающие свойства. Вместо боксита используют шамотный бой в

количестве 10—-15% от веса извести. Применяемая для наводки шлака известь должна быть свежеобожженной в кусках раз­

мером 70—120 мм. Применять старую разложившуюся известь при выплавке качественной стали не следует.

Обычно содержание водорода в металле после наводки шла­ ка увеличивается на 0,5—0,8 лл/100 г при применении доброка-

Интенсивность поступления водорода в металл во время ак­ тивного кипения и интенсивность удаления его из металла изме­ няются с увеличением скорости выгорания углерода не одина­ ково, что приводит обычно к возрастанию содержания водорода в металле к концу периода активного кипения. На рис. 68 по­ казано, что с увеличением продолжительности этого периода со­ держание водорода в металле повышается. Следовательно, надо стремиться сокращать период безрудного кипения, но не в ущерб

Рис. 68. Влияние длительности периода чистого ки­ пения на изменение содержания водорода в металле (цифры у точек—количество плавок)

высокой степени нагрева металла. Длительность периода актив­ ного кипения на заводах необходимо устанавливать в соответ­ ствии с термической мощностью печей, их окислительной спо­ собностью, сортаментом выплавляемой стали и принятым ме­ тодом разливки.

Растворимость водорода в жидком металле с повышением температуры увеличивается, поэтому к концу плавки содержа* ние его в металле возрастает. На рис. 69 приведена зависимость

между температурой металла, измеренной термопарой погру­ жения, и содержанием водорода в металле перед раскислением для плавок малоуглеродистой стали, выплавленных в постоян­ ных условиях. Взаимосвязь между изменением температуры ме­ талла и изменением содержания водорода во время плавки уста­

новлена Прохоренко. Эта зависимость, представленная на рис. 70,

показывает, что изменение содержания водорода в металле вызывается колебаниями температуры. Указанное явление имеет место при ведении плавок с одинаковым шлаковым режимом.

Если же вязкость шлака от плавки к плавке колеблется, то на­

блюдается заметное изменение в поведении водорода во время периода активного кипения. На рис. 71 показано влияние жид­ котекучести шлака на изменение содержания водорода в метал­ ле в период безрудного кипения. Чем больше жидкотекучесть шлака перед раскислением, тем больше водорода поглощается металлом из печных газов через шлак. Жидкий шлак оказывает малое сопротивление диффундирующим через него ионам гид­ роксила и поэтому сталь, выплавленная под шлаками малой

Рис. 69. Взаимосвязь между температурой металла пе­ ред раскислением и содержанием водорода в металле

вязкости, содержит больше водорода, чем сталь, выплавленная под вязким шлаком. В плавках, проведенных на шлаках повы­

шенной вязкости, содержание водорода в металле перед раскис­ лением всегда ниже, даже при меньшей скорости выгорания углерода. Это положение впервые было установлено Казариным

[92].

После введения в мартеновскую ванну доменного ферроси­

лиция для предварительного раскисления кипение металла пре­ кращается, окись углерода из него не выделяется, распределение

водорода между шлаком и жидкой сталью стремится к равно­ весному путем перехода водорода из шлака в металл, вслед­ ствие чего содержание его в металле увеличивается. Насыщение

металла водородом после введения в ванну раскислителей про­ исходит быстро, в течение нескольких минут, и тем быстрее, чем меньше вязкость шлака. Однако содержание его в металле сразу после раскисления ниже равновесного. Во время выдержки ван­ ны после раскисления водород все еще продолжает поступать

Изменение температуры металла, °C

Рис. 70. Зависимость между изменением темпеоатуры металла и содержанием водорода в период

доводки

Изменения содержания водорода

Рис. 71. Влияние жидкотекучести шлака на изменение содержания водорода в металле в период активного ки­ пения

из печных газов в металл через шлак, и поэтому чем дольше находится успокоенный 'металл в мартеновской печи, тем выше

содержание в нем водорода.

При раскислении и легировании металла в печи содержание водорода к выпуску обычно резко возрастает (на 1,5—3 зы/ЮО г) и достигает 7,5—8,5 мл/100 г. В некоторых случаях наблюдают­

ся более высокие концентрации водорода. При выплавке углеро­

дистых сталей прирост содержания водорода составляет 1— 1,5 Л1Л/100 г, а для низкоуглеродистых сталей содержание водо­

рода может увеличиваться на 0,5—1,0 .ил/100 г.

В связи с этим целесообразно сокращать длительность вы­ держки спокойной ванны после введения ферросилиция, а так­

же перенести раскисление и легирование стали в сталеразливоч­ ный ковш, совершенно исключив раскисление и выдержку ме­

талла в печи.

Во время выпуска плавки содержание водорода в металле обычно понижается, но иногда наблюдается и обратное явление.

На рис. 72 показана зависимость между изменением содержа­

ния водорода во время выпуска и его абсолютным содержанием перед выпуском. Все исследованные плавки разбиты на три

труппы: 1) низкоуглеродистая простая сталь, 2) стали, легиро­

ванные хромом (40Х, 12МХ и др.), выплавленные с раскисле­

нием и легированием в печи; 3) те же стали, но выплавленные с раскислением и легированием в ковше. Изменение содержания водорода во время выпуска плавки зависит от содержания во­

дорода в металле перед выпуском, характерного для каждой группы плавок. Если содержание водорода на выпуске ниже оп­ ределенного значения, то его концентрация в металле за время выпуска возрастает, и наоборот. Предельное содержание водо­

рода, при котором не происходит его изменения, определяется типом стали и принятой технологией выплавки. Изменение со­

держания водорода в металле зависит также от характера вы­ пуска. При продолжительном выпуске стали из печи тонкой струей без перемешивания со шлаком содержание водорода обычно снижается. Если же металл во время выпуска переме­ шивается со шлаком, то содержание водорода повышается. На рис. 72 кружочками обозначены плавки, выплавленные в 130-т печах с глубиной ванны около 1 м, а точками—плавки, выплав­

ленные в 40-т печах с глубиной ванны около 400 мм. При выпуске плавок из печей с глубокой ванной шлак начинает идти из отвер­ стия только в конце выпуска, когда ковш почти заполнен метал­

лом. При выпуске металла из печей с мелкой ванной он пере­ мешивается со шлаком в большей степени в силу того, что шлак,

увлекаемый металлом, раньше начинает вытекать из печи. Этим объясняется больший разброс точек по сравнению с кружочками.

Возрастание содержания водорода во время выпуска стали,

152 Дегазация стали

выплавленной в мартеновских печах небольшой емкости, наблю­ дал Прохоренко [93]. За время выпуска содержание водорода в металле повышалось до 1,5 -ил/КЮ г. Аналогичные данные по­ лучены Пипером с сотрудниками [94] при изучении поведения водорода во время выпуска для мартеновской стали и электро­ стали. Водород во время выпуска поступает в металл главным образом из шлака.

Влияние перемешивания металла оо шлаком на увеличение

содержания водорода во время выпуска иллюстрируется дан­

ными табл. 40.

Исследование проводили на качающихся 350-т мартеновских печах. Плавки выпускали последовательно в два ковша: в пер-:

вый — без шлака, а во второй — с большим количеством шлака. Из табл. 40 видно, что содержание водорода в пробах металла, отобранных из второго ковша, больше, чем в пробах, отобран­

ных из печи перед выпуском и из первого ковша. Содержание

водорода в металле первого ковша обычно ниже, чем содержа­ ние водорода в печи (это характерно для плавок в стационарных печах с глубокой ванной).

При выпуске из печи металл может обогащаться водородом. Тем не менее следует принимать все меры к снижению содержа­

ния водорода в стали во время плавки, так как при этом сталь,, в конечном счете, содержит меньшее количество водорода.

Во время плавки в кислой мартеновской печи содержание водорода в металле изменяется весьма незначительно. В на­

чальный период плавки содержание водорода в металле обычно-

снижается до 3—4 лы/100 г, а во время кипения остается по­ стоянным. После введения ферросплавов наблюдается повыше­ ние содержания водорода в металле на 0,5—0,8 мл/\00 г. Ко­

нечное содержание водорода в кислой мартеновской стали в-

полтора-два раза ниже, чем в основной мартеновской стали.

Этим объясняется меньшая ее флокеночувствительность. При: любой технологии плавки в кислой мартеновской печи содер­ жание водорода получается низким, поэтому изучение его по­ ведения в этом сталеплавильном агрегате не представляет осо­ бого интереса.

Содержание водорода в металле во в-ремя плавки в основ­ ной дуговой печи обычно изменяется следующим образом: ВО'

время окислительного периода снижается, во время скачивания

Рис. 72. Изменение содержания водорода в металле в про­ цессе выпуска:

Э— низкоуглеродистая сталь, раскисление в печи; ф— низколеги­ рованная сталь, раскисление в печи; 4- — низколегированная сталь, раскисление и легирование в ковше

окислительного шлака и наводки нового шлака увеличивается и во время восстановительного периода практически не изменяет­ ся. Такая закономерность поведения водорода имеет место при ведении плавок на свежей шихте с окислением. Если же плавку ведут переплавом, то сразу же после расплавления производят обновление шлака и содержание водорода при этом повышается. Кривые изменения содержания водорода в металле при различ­ ном методе ведения плавки в основной электропечи приведены на рис. 73. Оптимальное количество углерода, выжигаемого ру­ дой во время окислительного периода, приводящее к заметному снижению содержания водорода, составляет 0,30—0,35%. При меньшем и большем количествах удаленного углерода содержа­

ние водорода в металле во время окислительного периода почти

не снижается. Содержание водорода в металле во время электроплавки определяется главным образом влажностью шлакообра­

Дегазация стали

зующих веществ, применяемых для наводки шлака. Чем меньше

влаги содержится в этих материалах и в первую очередь в из­

вести, тем меньше водорода поступает в металл при наводке шлака. Поэтому в электросталеплавильных цехах необходимо применять только свежеобожженную известь, а все остальные материалы перед употреблением прокаливать в специальных пе­ чах. При выплавке сложных высоколегированных сталей и спла­ вов содержание водорода определяется их химическим составом.

С повышением температуры металла во время периода рафинировки содержание водорода в таких сталях обычно увеличивается й достигает 10—12 жл/100 г.

Рис. 73. Изменение содержания водорода в ме­ талле при основной электроплавке:

/ — переплавом; 2 — с окислением

Конечное содержание водорода в металле во время продув­ ки в бессемеровском и томасовском конвертерах зависит от влажности воздуха, используемого для продувки. В первой по­ ловине продувки обычно содержание водорода снижается, а к

концу продувки — повышается и достигает максимального зна­ чения.

Следует отметить, что принудительное выжигание углерода

рудой и воздухом и интенсивное кипение жидкого Металла в любом сталеплавильном агрегате может снизить содержание во­ дорода только до определенного предела: для мартеновской и дуговой печей — до 3,5—4,0 жл/100 г, а для конвертера—до

2—2,5 Л1Л/100 г. Дальнейшее снижение содержания водорода в жидком металле может быть достигнуто путем применения кис­ лорода для непосредственного выжигания углерода или в ре­ зультате применения вакуума и других мер, о чем будет сказано ниже.

Содержание азота в мартеновской стали весьма низкое и не оказывает влияния на ее свойства. Поэтому рассмотрение пове­