Что такое окисленность металла

Обновлено: 03.07.2024

Окисление металлов [oxydation of metals] — процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождающий образование оксидов. В более широком смысле окисление металлов — реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются соединения, например, хлориды, Изделия из металлов и сплавов под воздействием окружающей среды подвергаются постепенному окислению — коррозии. При производстве металлургической продукции окисление металлов приводит к образованию на ней окалины, потери ценных легирующих элементов и железа. Окисление жидкого металла происходит в процессе плавки в открытых печах самопроизвольно вследствие контакта металла с воздухом и окислительнным шлаком. Направление процессов окисления металлов определяется как термодинамическое — изменением свободной энергии при реакции, так и кинетическим фактором — скоростью протекания реакции, которая в значительной степени зависит от природы продуктов окисления и характера их взаимодействия с металлом. Плавка металла в вакуумных печах — радикальный метод защиты его от окисления.
В ряде случаев проводят преднамеренное окисление металлоизделий в защитных или декоративных целях (Смотри Оксидирование).

Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг . Главный редактор Н.П. Лякишев . 2000 .

Полезное

Смотреть что такое "Окисление металлов" в других словарях:

окисление металлов — Процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождаемый образованием оксидов. В более широком смысле окисление металлов — реакции, в которых атомы теряют электроны и образуют соединения, например, хлориды,… … Справочник технического переводчика

ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ — [oxydation of metals] процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождаемый образованием оксидов. В более широком смысле окисление металлов реакции, в которых атомы теряют электроны и образуют соединения,… … Металлургический словарь

окисление металлов — ▲ окисление ↑ металл ↓ патина. патинировать. позеленеть. окалина. | оксидирование … Идеографический словарь русского языка

Окисление металлов — реакция соединения металла с кислородом, сопровождающаяся образованием окислов (оксидов). В более широком смысле О. м. реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются различные соединения, например хлориды, сульфиды и т.п. В… … Большая советская энциклопедия

Окисление - восстановление — Окисление восстановление, окислительно восстановительные реакции, химические реакции, сопровождающиеся изменением окислительных чисел атомов. Первоначально (со времени введения в химию кислородной теории горения А. Лавуазье, конец 18 в.)… … Большая советская энциклопедия

Окисление-восстановление — окислительно восстановительные реакции, химические реакции, сопровождающиеся изменением окислительных чисел (См. Окислительное число) атомов. Первоначально (со времени введения в химию кислородной теории горения А. Лавуазье, конец 18 в.)… … Большая советская энциклопедия

МЕТАЛЛОВ ОКИСЛЕНИЕ — подразделяется на химическое и электрохимическое. Для хим. окисления используют обычно газообразные реагенты, для электрохим. водные р ры. М. о. газообразными реагентами протекает при газовой коррозии, получении оксидов или галогенидов металлов… … Химическая энциклопедия

окисление-восстановление — [redox] химические реакции, сопровождаемые изменением окислительных чисел атомов. Согласно кислородной теории горения А. Лавуазье (кон. XVIII в.) окисление называл только реакции соединения с кислородом, восстановлением отнятие кислорода. С… … Энциклопедический словарь по металлургии

окисление-восстановление — Химические реакции, сопровождающиеся изменением окислительных чисел атомов. Согласно кислородной теории горения А. Лавуазье (кон. XVIII в.) окислением называются только реакции соединения с кислородом, восстановлением — отнятие кислорода. С … Справочник технического переводчика

Окисление — – процесс образования окислов металлов. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург, 2002 г.] Рубрика термина: Общие термины Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Окисление металлов

реакция соединения металла с кислородом, сопровождающаяся образованием окислов (оксидов). В более широком смысле О. м. — реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются различные соединения, например хлориды, сульфиды и т.п. В природе металлы находятся почти исключительно в окисленном состоянии (в виде руд), поэтому их производство основано на процессах восстановления различных соединений. Металлы и сплавы, используемые на практике, вследствие воздействия окружающей среды подвергаются постепенному окислению — коррозии (См. Коррозия). Направление процессов О. м. определяется как термодинамическим фактором — изменением свободной энергии при реакции, так и кинетическим — скоростью её протекания, которая в значительной степени зависит от природы продуктов окисления и характера их взаимодействия с металлом. При производстве металлургической продукции О. м. может привести к образованию окалины (См. Окалина), потере ценных легирующих элементов и железа. В ряде же случаев проводят преднамеренное О. м. в защитных или декоративных целях (см. Оксидирование).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Окисление металлов — [oxydation of metals] процесс взаимодействия твердого или жидкого металла (сплава) с кислородом, сопровождающий образование оксидов. В более широком смысле окисление металлов реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются соединения,… … Энциклопедический словарь по металлургии

Оптимизация раскисления стали с использованием данных об активности растворённого кислорода Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

окисленность / сталь / активность / кислород / раскисление / алюминий / качество / поверхностные дефекты / окисненість / сталь / активність / кисень / розкислювання / алюміній / якість / поверхневі дефекти / oxidizing / steel / activity / oxygen / deoxidation / aluminium / quality / surface defects

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Якин М. Н., Коваль С. А., Стефанец А. В., Чичкарев Е. А., Годынский А. А.

Проведены исследования изменения окисленности металла мартеновской печи на плавках различных марок стали , проанализированы факторы, влияющие на величину активности кислорода в сталеплавильном агрегате перед выпуском и в ковше.

Optimization of steel deoxidation with application of the data regarding the activity off dissolved oxygen

Investigated were changes in metal oxidation in an open hearth furnace for various steel grades melting analyzed were the factors ,influencing the value of oxygen activity inside the steel smelting unit, prior to metal transfer into a ladle.

Текст научной работы на тему «Оптимизация раскисления стали с использованием данных об активности растворённого кислорода»

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2012р. Серія: Технічні науки Вип. 24

©Якин М.Н.1, Коваль С.А.2, Стефанец А.В.3, Годынский А.А.4,

Чичкарев Е.А.5, Алексеева В.А.6

ОПТИМИЗАЦИЯ РАСКИСЛЕНИЯ СТАЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ОБ АКТИВНОСТИ РАСТВОРЁННОГО КИСЛОРОДА

Проведены исследования изменения окисленности металла мартеновской печи на плавках различных марок стали, проанализированы факторы, влияющие на величину активности кислорода в сталеплавильном агрегате перед выпуском и в ковше.

Ключевые слова: окисленность, сталь, активность, кислород, раскисление, алюминий, качество, поверхностные дефекты.

Якін М.М., Коваль С.О., Стефанець А.В., Годинський О.А., Чичкарьов Є.А., Але-ксєєва В.А. Оптимізація розкислювання стали з використанням даних про активність розчиненого кисню. Проведені дослідження зміни окисненісті металу мартенівській печі на плавках різних марок стали, проаналізовані чинники, що впливають на величину активності кисню в сталеплавильному агрегаті перед випуском і в ковші.

Ключові слова: окисненість, сталь, активність, кисень, розкислювання, алюміній, якість, поверхневі дефекти.

M.M. Yakin, S.O. Koval', A.V. Stefanec, O.A. Godynskiy, E.A. Chichkaryov, V.A. Alekseeva. Optimization of steel deoxidation with application of the data regarding the activity off dissolved oxygen. Investigated were changes in metal oxidation in an open hearth furnace for various steel grades melting analyzed were the factors , influencing the value of oxygen activity inside the steel smelting unit, prior to metal transfer into a ladle. Keywords: oxidizing, steel, activity, oxygen, deoxidation, aluminium, quality, surface defects.

Металлургическая промышленность является одной из базовых отраслей экономики. В последние годы в ходе обострившейся конкуренции стремление снизить себестоимость металлопродукции путем экономии энергоресурсов, материалов, уменьшения продолжительности простоев, снижения отходов и повышения качества выходит на первый план в работе производственных предприятий и научно-исследовательских организаций.

Полуспокойная сталь характеризуется высоким выходом годного, относительно низкой степенью ликвации, как правило, простой технологией разливки и низкой стоимостью по сравнению со спокойной сталью.

При производстве полуспокойной стали, раскисляемой перед разливкой, необходимого снижения содержания кислорода достигают введением ферромарганца или силикомарганца в печь или в ковш. Требуемая структура слитка создается только при условии, что содержание кислорода в металле близко к оптимальному. Особенно сложным является обеспечить высокое качество слитков при содержании углерода в металле менее 0,12% С.

Как известно, кислород, растворенный в стали, оказывает большое влияние на ход сталеплавильных процессов, качество готового металла, процессы раскисления и десульфурации, качество слитков 3. Поэтому контроль за окисленностью стали и ее химическим составом в процессе ее производства крайне важен. В данной работе измерение активности кислорода в жидкой стали производилось посредством электрохимического датчика Celox. Действие датчика

1 зам. начальника ЦЛМК по сталеплавильному производству, ПАО «ММК им. Ильича», г. Мариуполь

2 начальник лаборатории мартеновского производства ЦЛМК, ПАО «ММК им. Ильича», г. Мариуполь

3 начальник группы лаборатории мартеновского производства ЦЛМК, ПАО «ММК им. Ильича», г. Мариуполь

4 зам. начальника по технологии мартеновского цеха, ПАО «ММК им. Ильича», г. Мариуполь

5 канд. техн. наук, доцент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь

6 ассистент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2012р. Серія: Технічні науки Вип. 24

основано на работе высокотемпературной электрохимической гальванической ячейки с твердым электролитом из диоксида циркония. В качестве вторичного прибора использовался промышленный, программируемый, основанный на микрокомпьютере прибор Celox Multi-Lab.

На опытных плавках полуспокойной стали в большегрузных мартеновскиъх печах (650 и 900 т) установлено, что окисленность металла после раскисления близка к равновесным значениям для условий комплексного раскисления кремнием и марганцем (либо марганцем для раскисления в ходе разливки). Результаты измерений для стали 3пс лежат в пределах 44,15. 52,41 ppm при температуре 1565.. ,1568°С, для стали 1пс - 62,9 ppm (раскисление в ковше силико-марганцем и ферросилицием); для стали 2пс, раскисляемой алюминием во время разливки -116 ppm. При выплавке кипящей стали активность растворенного кислорода существенно выше и варьируется в пределах 200-400 ppm (по результатам измерений в ковше после раскисления ферромарганцем).

Качество листового проката зависит от целого ряда факторов - технологии нагрева слитков, химического состава и температуры металла перед разливкой, температуры, расхода алюминия для плавок 2пс, раскисляемых алюминием и др. Например, для стали 2пс, выплавляемой по классической технологии, установлено, что отсортировка листового проката растет по мере увеличения отношений [Mn]/[Si] и [Mn]/[C], связанных с величиной окисленности металла перед выпуском.

Однако в настоящее время для производства листового проката широко используются низкокремнистые марки стали (с массовой долей кремния до 0,03 %), что обуславливает актуальность совершенствования технологии разливки полуспокойных низкокремнистых марок стали, раскисленных алюминием.

При комплексном раскислении стали кремнием и марганцем образуются силикаты марганца. В соответствии с диаграммой состояния шлаков MnO-SiO2 [6] при температуре 1550. 1600°С жидкие неметаллические включения содержат примерно от 25% масс. до 50 % масс. SiO2.

Комплексное раскисление стали кремнием и марганцем описывалось равновесиями:

[Mn] + [О] = (MnO), K—n° = -і-Ш , (1)

a[Mn] _ [—n\ _ KMn0 a(Mn°) (3)

Va[Si] лії^ї 4Ksi°2 Va(Si°2)

В результате обработки диаграммы изоактивностей системы MnO-SiO2 установлена следующая зависимость активности оксида марганца от соотношения массовых долей марганца и кремния в металле:

По найденной величине активности MnO рассчитывалась и активность кислорода в ме-

Сравнение результатов расчета активности кислорода, растворённого в металле, в зависимости от концентраций элементов-раскислителей, с экспериментальными данными представлено на рис. 1. Для полуспокойных сталей, раскисляемых ферросиликомарганцем в ковше, фактически измеренная окисленность вполне согласуется с результатами теоретического расчета.

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

2012р. Серія: Технічні науки Вип. 24

Соотношение концентраций [Mn]/[Si]

Рис. 1 - Сопоставление теоретических кривых изменения величины активности кислорода и фактических данных

Однако при выплавке и разливке низкокремнистой полуспокойной стали существенное влияние на формирование корковой зоны слитка и усадочных полостей оказывает и раскисление марганцем и углеродом.

При выпуске в ковш и раскислении стали одним ферромарганцем (преимущественно кипящие марки стали) как углерод, так и марганец способны связывать растворенный в металле кислород по реакциям:

\Mn\ + [0\=(Mn0), Km„ (Т )= a(Mn0) (6)

При температурах сталеплавильного производства в ковше обычно достигается соотношение констант равновесия KMn/KC = 4. 8, близкое к равновесному соотношению концентрация марганца и углерода в металле после раскисления. В соответствии с равновесиями (6)-(7) отношение концентраций марганца и углерода постоянно и зависит преимущественно от температуры

a[Mn\ ^ \_Mn\ = KMn (Т)' a(MnO)

~0c] "TCT “ Kc(T)• Pco '

Так как atMn0) «1 и PCO «1 атм, приближенно = Km

По мере снижения температуры существенно уменьшается константа равновесия окисления марганца, что ведёт к снижению массовой доли кислорода, растворенного в металле в равновесии с марганцем.

Отсортировка готового проката по поверхностным дефектам сильно зависит от потен-

циала газообразования [С ]о]ост , зависящего от массовой доли кислорода в металле после раскисления \о\ст и массовой доли углерода. Результаты статистического анализа влияния потенциала газообразования после раскисления в изложнице на уровень отсортировки тонколистового проката из кипящей и полуспокойной стали по поверхностным дефектам (преимущественно рваной кромке) представлены на рис. 2-4.

Как видно из рис. 2, минимальная отсортировка проката из полуспокойной стали, раскисленной алюминием, по поверхностным дефектам достигается при [С ]о]ост не более 0,0005, что соответствует активности кислорода при температуре ликвидуса данной марки стали на уровне 20-30 ppm.

Потенциал газообразования [C][O]ost , % масс.

Рис. 2 - Средняя отсортировка по группам плавок с различным потенциалом газообразования [С \0\Ст

Сопоставление потенциала газообразования для групп плавок кипящей стали (с нормальной и пониженной окисленностью - рис. 3) показало, что первая группа характеризуется уровнем отсортировки листового проката по поверхностым дефектам в пределах 4-5%, вторая -свыше 15%.

Как видно из рис. 3, на плавках с низкой отсортировкой окисленность металла в ковше близка к равновесной с углеродом, а на значительной части плавок - и с марганцем (однако следует учитывать, что константа равновесия реакции раскисления марганцем заметно сильнее меняются с температурой, чем для углерода). Для группы плавок с повышенной отсортировкой и пониженной окисленностью активность кислорода ниже как равновесной с углеродом, так и с марганцем при температуре металла в ковше.

Оценка рациональной величины потенциала газообразования и результаты исследования структуры корковой зоны слитков и головной части слябовых заготовок позволила установить рациональный расход алюминия, который определяется массовой долей углерода в металле и активности растворенного кислорода.

При разливке низкоуглеродистой низкокремнистой стали с раскислением в изложницах установлено, что существенное влияние на уровень отсортировки по поверхностным дефектам оказывает и массовая доля марганца в металле (рис. 4).

Четко выраженная зависимость отсортировки по поверхностным дефектам, характерная для полуспокойного варианта низкоуглеродистой бескремнистой стали, слабее проявляется для сравнительного варианта (кипящей стали 08кп) вследствие менее выраженной связи массовой доли марганца и алюминия в готовом металле для кипящей стали. Как видно на рис. 4, при выплавке низкоуглеродистой полуспокойной стали массовая доля марганца должна быть не менее

0,35% масс., что позволяет существенно снизить отсортировку тонколистового проката по поверхностным дефектам.

Читайте также: