РАСТВОРЕННЫХ В МЕТАЛЛЕ. УДАЛЕНИЕ ГАЗОВ ИЗ МЕТАЛЛА
К основным источникам газов относятся: 1) шихтовые материалы; 2) атмосфера плавильного агрегата, а также подаваемое на поверхность или в глубь ванны дутье (технический кислород или воздух); 3) ферросплавы и различные добавки, вводимые в металл или в шлак по ходу плавки и разливки; 4) атмосфера, окружающая жидкий металл при выпуске и разливке. Большое количество газов вносится в металл с шихтой. Несмотря на то что эти газы в значительной мере удаляются из металла по ходу плавки, на насыщенность шихтовых материалов газами технологи обращают особое внимание. Лом содержит обычно 0,0004-0,0008 % Н и 0,003-0,005 %N. Содержание кислорода в скрапе зависит от его состава, а также от степени окисленности поверхности. С ржавым скрапом вносится также много и водорода. Содержание водорода в мелком скрапе, покрытом слоем ржавчины толщиной 0,1 мм, повышается до 0,122%, т.е. подобный скрап неприемлем при выплавке качественной стали. В некоторых случаях для производства сталей и сплавов особо ответственного назначения поверхность скрапа, используемого в качестве шихты, тщательно очищают, например в дробеструйной установке.
Чугун содержит обычно 0,0010— 0,0025 % Н и ~ 0,005 % N. Содержание водорода в чугуне в случае повышенной влажности воздуха дутья, а также при подаче в доменную печь природного газа может быть существенно выше. Во все периоды плавки металл в большей или меньшей мере соприкасается с печными газами. Площадь поверхности соприкосновения металла с газами зависит от типа процесса и периода операции; во время продувки металла в конвертере, при завалке легковесной шихты в мартеновские или электродуговые печи, при выпуске металла из печи и при его разливке площадь поверхности соприкосновения металла с газом больше, чем в те периоды плавки, когда металл покрыт шлаком.
Содержание любого газа в металле зависит от его парциального давления в окружающей металл атмосфере. Практика показывает, например, что содержание азота в стали, полученной при продувке чугуна воздухом, выше, чем при продувке чистым кислородом; содержание водорода в мартеновской стали при отоплении печи природным газом выше, чем при отоплении мазутом, содержащим меньше водорода. Принимая во внимание это обстоятельство, наиболее чистую по содержанию газов сталь можно получать при плавке и разливке в вакууме. В этом случае металл не только не насыщается газами из атмосферы, но и, наоборот, содержащиеся в металле газы экстрагируются из него. В обычных условиях роль, аналогичную воздействию вакуума, играют пузыри СО, которые образуются при окислении углерода. Водород и азот, растворенные в металле, стремятся выделиться в пузырь СО, поскольку их парциальные давления в нем равны нулю.
В тех случаях, когда металл кипит, изменение содержания газов в нем зависит от двух действующих в противоположном направлении факторов: насыщения металла газами в результате влияния атмосферы агрегата и выделения газов из металла вместе с пузырями монооксида углерода. В момент, когда кипение по каким-либо причинам прекращается, прекратится и очищающее действие пузырей СО. Так, например, в восстановительный период электроплавки (см. ниже) содержание азота в стали возрастает в результате прекращения окисления углерода и сопутствующего ему удаления азота (при непрерывном поступлении азота из атмосферы печи и шлака в металл). Такое же, как и кипение ванны, очищающее воздействие оказывает продувка металла инертным газом (например, аргоном) или разливка стали в атмосфере инертного газа. В ряде случаев, когда металл не содержит нитридообразующих примесей и температура металла невелика, аргон для продувки заменяют более дешевым азотом. Содержание азота в металле при этом почти не изменяется, а содержание водорода уменьшается. Продувка металла в ковше и защита струи металла при разливке инертным газом получили самое широкое распространение в сталеплавильном производстве. Кроме указанных факторов на содержание газов в металле влияют также вводимые по ходу плавки добавки (известь, руда, ферросплавы и т. д.).
Особое внимание необходимо уделять контролю состава извести. Основная составляющая извести СаО взаимодействует с содержащейся в воздухе влагой СаО + Н2О = Са(ОН)2. В результате получается рассыпающаяся в рыхлый порошок так называемая пушонка. Получаемая при обжиге известняка известь должна немедленно использоваться, длительное ее хранение недопустимо. Если по условиям производства это трудновыполнимо, известь заменяют известняком, так как он малогигроскопичен. Много влаги (особенно зимой) могут содержать железная руда и боксит. Некоторые виды ферросплавов и легирующих добавок содержат значительные количества азота и водорода. В виде гидроксила ОН- некоторое количество водорода содержится в шлаке. Содержание водорода в шлаке, так же как и в металле, пропорционально квадратному корню из давления паров влаги в атмосфере агрегата (H)= pH2O . Если в шлаке много водорода, то во время выпуска плавки при перемешивании такого шлака с металлом часть водорода может перейти в металл. Учитывая, что водород в металле находится в основном в виде протона Н+, а в шлаке — в виде иона гидроксила ОН-, можно определенным образом воздействовать на процесс удаления водорода посредством электрического поля. При этом на катоде идет процесс выделения водорода:
H+ + e = Hг, Нг+Нг = Н2(г),
а на аноде образуется вода:
4ОН- = 2Н2Ог + О2(г) +4е.
Однако для практических целей это явление использовать сложно.
Таким образом, получению металла с минимальным содержанием водорода и азота способствуют следующие мероприятия: 1) использование чистых шихтовых материалов; 2) ведение плавки в атмосфере с минимальным содержанием водорода и азота; 3) организация по ходу плавки кипения ванны; 4) обработка металла вакуумом; 5) продувка металла инертными газами. Вредное влияние водорода и азота снижается при введении в металл примесей, связывающих водород и азот в прочные гидриды и нитриды, например при введении редкоземельных металлов (РЗМ) — церия, лантана и др. или при введении значительных количеств алюминия при выплавке нестареющей стали и т. д.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 1202;