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

дения азота в основной мартеновской стали не представляет

интереса. В дуговых печах, в отличие от мартеновских, концент­ рация азота в стали может по ходу плавки в результате погло­ щения азота из атмосферы печи увеличиваться до пределов, ока­ зывающих заметное влияние на качество металла. В окислитель­ ный период электроплавки содержание азота в металле сни­ жается, а во время рафинировки обычно повышается вследствие

Рис. 74. Влияние температуры ванны на растворимость азота при выплавке азотированной нержавеющей стали в 1-т дуго­

вой печи:

/—добавка азотированного феррохрома; 2 — спокойная ванна; 5 — активное кипение; 4 — легкое кипение; 5 — спокойная ванна

поглощения атомарного азота в зоне электрических дуг. Особен­ но интенсивно азот поглощается из воздуха во время окачива­ ния шлака и оголения зеркала жидкого металла. Карбидные шлаки, растворяющие значительное количество азота, могут передавать его металлу.

Особенно много азота содержится в легированных сталях с содержанием хрома 15—20% вследствие повышения раствори­ мости азота в присутствии хрома. При выплавке азотированной стали азот вносится в металл азотистым феррохромом или азо­ тистым металлическим марганцем. При высоком содержании азота (0,2—0,3%) содержание его в жидкой стали с повыше­ нием температуры падает. На рис. 74 показано, как изменялось содержание азота в стали в период рафинировки при повышении температуры с 1560 до 1670°. Нержавеющую сталь типа 18-8 выплавляли в однотонной дуговой печи [72]. Температуру за­

156 Дегазация стали

меряли термопарой погружения. Конечный металл содержал 0,19% N, отливки были плотные, без газовых пузырей. Следо­ вательно, для повышения плотности отливок из азотистой высо­ колегированной стали металл в печи следует перегревать на 150—200° над температурой плавления. Это приводит к некото­ рой потере азота, но зато гарантирует получение плотных отли­ вок, что весьма важно для производства.

В конвертерную сталь азот попадает из воздуха при взаимо­ действии мелкораспыленного дутья с жидким металлом. Это поглощение тем больше, чем больше длительность продувки и чем выше давление дутья. С повышением давления дутья улучшают­ ся условия перемешивания воздуха с металлом. Содержание азо­

та в томасовском металле вследствие наличия периода передув­

ки всегда выше, чем в бессемеровском. Азот интенсивнее всего поступает в металл при продувке воздухом в конце операции. Уменьшение содержания фосфора и углерода в металле повы­ шает растворимость азота. Для уменьшения концентрации азота в конвертерной стали применяют дутье, обогащенное кислородом,

либо смесь кислорода с углекислым газом или водяным паром.

Применяя такое дутье только в конце плавки, понижают содер­ жание азота в стали до 0,008—0,01%. Использование в течение всей продувки металла чистого кислорода либо смеси кислорода

с углекислым газом или с водяным паром позволяет получать конвертерный металл с содержанием азота 0,002—0,004%.

РАСТВОРИМОСТЬ ВОДОРОДА И АЗОТА В ШЛАКАХ

Водород растворяется в шлаке в виде электрозаряженной гид­ роксильной группы ОН-. Азот в сталеплавильных шлаках, повидимому, присутствует в виде простых или комплексных ионов.

Определение растворимости водорода и азота в сталепла­ вильных шлаках является весьма сложной задачей, поэтому нет достоверных данных о содержании газов в шлаковых расплавах различного состава.

При определении содержания водорода в шлаках наряду со свободным водородом обычно обнаруживают большое количе­ ство водяного пара. Суммарное содержание водорода в шлаке в

10—20 раз выше, чем в металле. Концентрация азота в шлаках превышает концентрацию азота в металле в 10—20 раз. Содер­ жание азота и водорода в основных шлаках больше, чем в кис­ лых.

Из всех компонентов основного шлака заметное влияние на растворимость и содержание водорода и азота оказывает толькоокись кальция. Влияние других составляющих шлака или не обнаруживается, или настолько мало, что не имеет практическо­ го значения. Повышение содержания окиси кальция в шлаке уве­

личивает его основность, поэтому изменение содержания водо­ рода в шлаке связывают обычно с изменением основности шла­ ка. На рис. 75 приведена зависимость между содержанием водо­

рода в шлаке и его основностью для шлаков, отобранных в кон­ це периода активного кипения мартеновской плавки.

Между содержанием водорода в металле и в шлаке во вре­ мя плавки существует определенная взаимосвязь (рис. 76).

Водород распределяется в шлаке неравномерно. На поверх­ ности шлака, соприкасающейся с печной атмосферой, содержа­ ние водорода выше, чем вблизи границы раздела между метал­ лом и шлаком. Неравномерность распределения водорода в шла­ ке увеличивается с уменьшением жидкотекучести шлака.

Вгустом шлаке диффузия водорода из поверхностных слоев

вглубинные затруднена: этим объясняется наблюдаемая кар­ тина распределения водорода в шлаке (рис. 77).

Способность основного мартеновского шлака растворять зна­ чительное количество водорода имеет большое значение для ста­ леплавильной практики. В высокоосновном шлаке повышенной вязкости содержится большое количество водорода, однако этот водород не проникает в металл, а задерживается в шлаке вслед­ ствие низкой скорости диффузии водорода.

Сповышением температуры растворимость водорода и азота

вшлаке несколько уменьшается. Уменьшается также коэффи­ циент распределения водорода между шлаком и металлом во время плавки. На рис. 78 показано, как изменяется этот коэф­ фициент во время плавки низкоуглеродистой спокойной стали в основной мартеновской печи. Плавки проводили на известково­ глиноземистых очень жидких шлаках. В этом случае нами по­ лучена отчетливая взаимосвязь между коэффициентом распре­ деления водорода и температурой. Для вязких или микрогетерогенных шлаков аналогичная зависимость не наблюдается вследствие неравномерного распределения водорода в самом слое шлака. Для получения весьма точных данных о раствори­ мости и содержании водорода и азота в сталеплавильных шлаках необходимо создание совершенной аппаратуры и применение

принципиально новых методов анализа.

Исследуя растворимость водорода в синтетических шлаках и в шлаках различных сталеплавильных процессов, Чипмен с сот­ рудниками [95] установил следующие положения: растворимость водорода в синтетических шлаках пропорциональна корню квад­ ратному из парциального давления водяного пара в атмосфере,

контактирующей со, шлаком. Водород в шлаке растворяется в ре­

зультате реакции между шлаком и водяным паром. В атмосфере, состоящей из чистого водорода, шлаки не растворяют значи­ тельных количеств водорода. Колебания температуры и состава

40

Рис. 75. Зависимость между содержанием водорода в шлаке и его основностью (СаО : SiOj) перед раскис­ лением

Рис. 76. Зависимость между содержанием водоро­ да в шлаке и металле во время мартеновской плавки (низкоуглеродистая сталь)

Рис. 77. Влияние жидкотекучести шлака на разность между содержанием водорода в верх­ них и нижних слоях шлака Д(2Н). Цифры

Рис. 78. Распределение водорода между шлаком и ме­ таллом в зависимости от температуры (низкоуглероди­ стая сталь)

значительное влияние на растворимость водорода в шлаках. Кислые мартеновские шлаки содержат меньше водорода, чем

основные. Содержание водорода в. кислом шлаке далеко от рав­ новесия . с печной атмосферой во время плавки. В основных мартеновских шлаках содержание водорода перед выпуском плавки почти достигает равновесного значения с печной атмо­

равновесии с металлом по водороду, так как кипение ванны спо­ собствует некоторому удалению водорода из металла.

Кислые шлаки в меньшей степени растворяют водород и луч­

ше предохраняют металл от насыщения водородом, чем основ­ ные шлаки. Это объясняется большой вязкостью кислых шла­ ков.

РЕКОМЕНДУЕМЫЙ РЕЖИМ ПЛАВКИ В ОСНОВНОЙ МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ

Исследования, проведенные в последние годы, позволяют ре­ комендовать новый технологический режим ведения плавки в

плавленной по обычной технологии.

Период рудного кипения и скачивания шлака проводят фор­ сированно. Металл по расплавлении должен иметь температуру не ниже 1480—1500°. Количество руды составляет 2—3% от веса плавки. Руду присаживают в 2—3 приема. Присадки руды не­ обходимо согласовывать с температурой металла. Шлак спус­ кается самотеком. Количество спускаемого шлака определяет мастер в зависимости от состава и физического состояния шлака,

температурного режима плавки и содержания фосфора в метал­ ле. Опасаться восстановления фосфора из шлака в металл не следует вследствие того, что сталь в печи не раскисляется. При­ менять, боксит для разжижения шлака не рекомендуется. Ско­ рость выгорания углерода в период рудного кипения должна быть максимально возможной и находиться в соответствии с на­ гревом металла.

Шлак наводят свежеобожженной известью. Для ускорения растворения извести можно применять бой шамотного кирпича. Количество извести составляет 1,0—1,5% от веса плавки; коли­ чество шамотного боя—10—15% от веса извести.

Температура металла после наводки шлака — 1520—1540°. Период активного кипения проводят на шлаках повышенной вяз­ кости (затекание по вискозиметру с горизонтальным каналом