14. Дефосфорация металла в окислительный период

(пять основных условий удаления фосфора)

Фосфидные эвтектики, выделяющиеся по границам зёрен легкоплавки, охрупчивают сталь, снижают вязкость и увеличивают хладноломкость. Эти недостатки вредны для всех марок стали, кроме автоматных. Поэтому предел содержания [P] ограничивается 0,05%, а в некоторых случаях – (0,008 – 0,015%).

Реакция дефосфорации имеет вид:

2[P] +5(FeO)+4(CaO) = (4CaO^.P₂O₅)+5Fe

а([СаО]^{4 .} P₂O₅)

К _Р=

a²[P] ^. a⁵(FeO) ^. a⁴(CaO)

Сильное снижение значения активности, т.е. интенсивная дефосфорация, как видно по уравнению, обеспечивается пятой степенью а_(FeO) и четвёртой а_(СаО) . Следовательно, высокая концентрация этих компонентов в шлаке является непременным условием дефосфорации.

Однако в связи с тем, что радиус иона Fe²⁺ значительно меньше радиуса РО₄³–, эти ионы не могут дать устойчивой и прочной структурной конфигурации. В этой связи соотношение (СаО)/(FeO) должно быть оптимальным, около 3, и это тем заметнее, чем выше основность (В).

Снижение окислительного потенциала шлака или восстановительный характер атмосферы приводят к ревосстановлению фосфора, поэтому шлак окислительного периода плавки в большинстве случаев (кроме плавки на чистой шихте или собственных отходах) удаляют, скачивают, и наводят другой, на котором ведут восстановительный период.

Поскольку равновесие реакции окислительной дефосфорации сильно смещается влево при повышении температуры, её поддерживают в строгом режиме (необходимого минимума).

Условия, необходимые для успешного удаления фосфора:

• Высокая основность шлака.

• Высокая степень окисленности шлака (FeO).

• Низкая температура.

• Оптимальное соотношение (СаО)/(FeO).

• Скачивание шлака.

15. Механизм и условия десульфурации металла по периодам плавки.

Шесть основных условий удаления серы в восстановительный период

Железо и сера обладают неограниченной растворимостью в жидком состоянии и очень малой растворимостью в твёрдом состоянии. Вследствие понижения растворимости во время кристаллизации и охлаждения стали сера выделяется из раствора в виде включений сульфидов FeS (при температуре 1190⁰С) или окси-сульфидов, располагающихся по границам зёрен, ослабляя их связь и ухудшая свойства металла. Сера снижает коррозионную устойчивость и способствует трещинообразованию, образует эвтектику, которая при прокатке (ковке), оставаясь жидкой концентрируется по границам зёрен, образуя плёнки (причина трещин). Растворимость серы уменьшается с температурой, если при Т=1365 ⁰С она максимальна и составляет 0,05%, то при температурах 1200, 1100, 1000: она равна 0,031; 0,021; 0,013% соответственно.

Влияние легирующих на растворимость серы резко отрицательно. При выплавке конструкционных сталей содержание S не > 0,01%; шарикоподшипниковых и трансформаторной <0,005%.

Сера (S) и [S] находятся в равновесии, которое характеризуется коэффициентом распределения L_S= . В восстановительный период LS=(15-40), иногда 60.

За окислительный период окисляется (20 – 40)% серы, поэтому основное удаление серы происходит в восстановительном периоде.

Условия удаления серы:

• Главным образом, глубокое удаление S, это влияние (FeO)%. Снижение содержания FeO вызывает существенное увеличение LS (т.е. сера начинает активно удаляться).

• Увеличение основности шлака, вызывает снижение содержания серы. Оптимальная основность (2,7 – 3,3).

• Увеличение содержания С благоприятно влияет на удаление S.

• Снижение содержания серы вызывается также увеличением кратности шлака.

• Повышение температуры позволяет полнее удалить серу.

• Увеличение поверхности контакта металла и шлака.

Процесс удаления серы представлен следующей реакцией:

3(FeS)+(CaC₂)+2(CaO) = 3(CaS)+3Fe+2CO