5 Внепечная обработка стали

До середины XX века сталеразливочный ковш выполнял роль ем­кости для передачи жидкой стали от плавильного агрегата к излож­ницам или кристаллизаторам МНЛЗ. Как показала практика, сталеразливочный ковш может быть использован для дегазации, раскисления, десульфурации, легирования, обезуглероживания стали и др. При этом может быть существенно сокращена продолжитель­ность процесса плавки в сталеплавильном агрегате при одновремен­ном повышении качества готового металла.

Поэтому на всех металлургических предприятиях при выплавке стали применяют различные способы внепечной обработки: раскисление-легирование, вакуумирование, обработка металла синтетическими шлаками, порошками, нейтральными газами.

5.1 Раскисление и легирование стали в ковше

Атмосфера большинства сталеплавильных агрегатов — окисли­тельная. При окислительном характере газовой фазы какое-то коли­чество кислорода всегда переходит из газовой фазы в металл.

Растворимость кислорода в γ-Fe при температуре плавления (1539ºС) составляет 0,034 %, и далее при охлаждении она изменяется в со­ответствии с уравнением lg [О] = - 12630/Т + 5,51, а также скачкообразно уменьшается при полиморфных превращениях железа γ-β-α. Это при­водят к выделению из металла кислорода в виде дисперсной оксидной фазы. Чем меньше содержание кислорода, тем позднее начинается это выделение. При относительно низких концентрациях кислорода его обособление в самостоятельную фазу происходит уже во время службы изделия, что способствует охрупчиванию (старению) стали. Выделение кислорода в виде оксидной фазы при температурах прокатки или ковки может быть причиной плохой деформируемости стали в горячем состоянии и ее пониженной пластичности (особенно низкой ударной вязкости).

Для устранения отрицательных последствий присутствия кислорода сталь раскисляют. Раскисление заключается в связывании растворенного в металле кисло­рода в прочные оксиды, которые в большей части удаляются из металла.

Если металл содержит примеси, сродство которых к кислороду выше, чем у железа, то происходит окисление этих примесей и концентрация кислорода в металле уменьшается.

Если эти примеси вводят в ванну специально для того, чтобы уменьшить содержание кислорода, то их называют раскислителями. В качестве таких элементов-раскислителей используют марганец, кремний, алюминий, кальций, редко­земельные элементы. Раскислителем является также углерод. Кислород, растворенный в металле, реагирует с углеродом, и в результате реакции [О] + [C] = СО_газ происходит кипение металла.

В случае введения в металл элементов в количествах, превышающих их расход на раскисление стали (связывание кислорода), то процесс называют легированием стали

Способы раскисления и легирования стали

Технологическую операцию, при которой растворенный в ме­талле кислород переводится в нерастворимое в металле соединение или удаляется из металла, называют, раскислением. После операции раскисления сталь называют раскисленной. Такая сталь при засты­вании в изложницах ведет себя «спокойно», из нее почти не выде­ляются газы, поэтому такую сталь часто называют «спокойной». Если же операцию раскисления не проводить, то в стали при ее по­степенном охлаждении в изложнице будет протекать реакция между растворенным в металле кислородом и углеродом [О] + [С] = СОгаз. Образующиеся при этом пузырьки окиси углерода будут выделяться из кристаллизующегося слитка, металл будет бурлить. Такую сталь называют «кипящей».

В некоторых случаях раскисление стали проводят таким обра­зом, чтобы удалить из нее не весь кислород. Оставшийся растворенный кислород вызывает кратковременное «кипение» металла в начале его кристаллизации. Такую сталь называют «полуспокойной».

В современном производстве стали применяют следующие способы раскисления стали: а) глубин­ное (осаждающее); б) диффузионное; в) обработкой синтетическими шлаками; г) обработкой вакуумом.