6. Обезуглероживание высоколегированных расплавов. Способы интенсификации обезуглероживания высоколегированных расплавов.

Обезуглероживание высоколегированных расплавов. Изучение вопроса обезуглероживания расплавов с высоким содержанием легирующих элементов является важной задачей, решаемой при выплавке коррозионностойких, жаропрочных, износостойких и многих других марок сталей и сплавов. Применительно к высокохромистым сталям – при обычных условиях плавки стали в дуговых печах хром обладает более высоким сродством к кислороду, чем углерод.

окисление углерода.

Предельные концентрации углерода, которые могут быть достигнуты при обезуглероживании хромосодержащих расплавов, определяются равновесием с соответствующими оксидами. Экспериментально установлено, что при содержании хрома до примерно 9% в расплаве, реакцию обезуглероживания можно представить в виде (12):

(2.27)

(2.28)

(2.29)

Активность комплексного оксида при обезуглероживании ванны обычно принимают равной единице.

При содержании хрома в расплаве более 9% реакцию обезуглероживания записывают выражением (2.30):

(2.30)

(2.31)

(2.32)

При продувке расплава газообразным кислородом обезуглероживание сопровождается образованием вязких гетерогенных шлаков, насыщенных оксидами хрома. Значение активности оксидов хрома в таких случаях может быть принято равным единице. Однако в условиях контролируемой окисленности, например, при продувке ванны не чистым кислородом, а в смеси с определенной долей инертного газа, или при переносе процесса обезуглероживания в вакуумную камеру, шлаковая фаза не достигает насыщения оксидами хрома. В этом случае необходимо оценить активность оксида хрома в шлаке. В противном случае результаты расчетов не будут отражать истинной ситуации в расплаве.

Остановимся подробнее на обезуглероживании, описываемом реакцией (2.30), что отвечает ситуации, складывающейся в ванне при выплавке коррозионностойкой стали типа Х18Н10Л переплавом легированных отходов. Анализируя выражение константы равновесия реакции, можно определить условия, при которых обеспечивается преимущественное окисление хрома. На рис. 2.7 показано влияние температуры на отношение хрома к углероду. Повышение температуры способствует преимущественному окислению углерода, что часто используют при плавке стали в электропечи, поднимая кратковременно температуру (ванны при обезуглероживании расплава газообразным кислородом) до 1800-1900 0С. Весьма существенно снижаются потери хрома при уменьшении парциального давления окиси углерода в газовом пузыре на выходе из расплава. Это обеспечивается либо за счет продувки ванны кислородом в смеси с инертным газом, что послужило теоретической предпосылкой процесса выплавки стали так называемым методом аргонно-кислородного рафинирования, либо осуществлением обезуглероживания в вакууме – вакуум-кислородное рафинирование. Часто с целью уменьшения окисления хрома пользуются таким приемом, как увеличение активности углерода за счет повышения его коэффициента активности. Это обеспечивается за счет ранней присадки в металлическую ванну элементов, повышающих коэффициент активности углерода. Например, параметр взаимодействия ,учитывающий влияние никеля на активность углерода, равен 0,012. В связи с чем, введением никеля в печь на ранней стадии плавки, в том числе в период завалки шихты, пользуются при выплавке никельсодержащих марок стали.