Для чего нужно раскисление металла
Обновлено: 21.09.2024
одна из осн. операции рафинирования металлов, заключающаяся в удалении из жидкого металла кислорода путём присадки в металл раскислителей (восстановителей) - в-в, обладающих способностью соединяться с кислородом. Хорошими раскислителями являются углерод, кремний, алюминий. Металлич. раскислители обычно присаживают в виде ферросплавов, в частности т. н. комплексных раскислителей (силикомарганец, силикокальций и др.). Продукты раскисления всплывают в шлак (оксиды кремния, алюминия и др.) либо удаляются в виде газа (оксид углерода).
Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .
Смотреть что такое "РАСКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛА" в других словарях:
РАСКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛА — удаление (для улучшения качества) из жидкого металла (главным образом стали), полученного плавкой, растворённого в нём кислорода. Р. м. осуществляют путём введения в металл раскислителей (восстановителей) хим. элементов, образующих стойкие… … Большая политехническая энциклопедия
Раскисление металла — Раскисление металлов процесс удаления из расплавленных металлов (главным образом стали и других сплавов на основе железа) растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла. Для раскисления… … Википедия
РАСКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛА — одна из основных операций рафинирования металла, заключающаяся в удалении из жидкого металла кислорода, присутствующего в виде оксидов, присадкой в металл раскислителей (восстановителей) веществ, обладающих способностью соединяться с кислородом.… … Металлургический словарь
Раскисление — металла – одна из основных операций рафинирования металла, заключающаяся в удалении из жидкого металла кислорода, присутствующего в виде оксидов, присадкой в металл раскислителей (восстановителей) – веществ, обладающих способностью соединяться с… … Металлургический словарь
раскисление — 1. Удаление кислорода из расплава металла с помощью подходящего раскислителя. 2. Иногда называют удаление отличных от кислорода нежелательных элементов за счет введения элементов или смесей, которые легко реагируют с ними. 3. При полировке… … Справочник технического переводчика
РАСКИСЛЕНИЕ — металлов удаление из расплавленных металлов (главным образом стали) растворенного в них кислорода. Осуществляют введением химических элементов, образующих устойчивые соединения с кислородом. Для раскисления применяют Al, Si, Ti и др. элементы или … Большой Энциклопедический словарь
Раскисление металлов — процесс удаления из расплавленных металлов (главным образом стали и других сплавов на основе железа) растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла. Для раскисления применяют элементы… … Википедия
Раскисление металлов — [killing; deoxi dation] удаление растворенного кислорода из жидких металлов (главным образом из стали и других сплавов на основе железа) с целью повышения качества. Раскисление часто совмещают с легированием металла. Виды раскисления:… … Энциклопедический словарь по металлургии
Раскисление металлов — процесс удаления из расплавленных металлов (главным образом стали и др. сплавов на основе железа) растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла. Для Р. м. применяют элементы… … Большая советская энциклопедия
раскисление — металлов, удаление из расплавленных металлов (главным образом стали) растворённого в них кислорода. Осуществляют введением химических элементов, образующих устойчивые соединения с кислородом. Для раскисления. применяют Al, Si, Ti и другие… … Энциклопедический словарь
Способы раскисления стали
Во всех способах производства стали — мартеновском, конвертерном, электросталеплавильном —по ходу плавки по мере выгорания примесей (кремния, марганца и углерода) имеет место постепенное повышение содержания кислорода. В конце окислительного периода плавки содержание растворенного кислорода в жидком металле определяется в основном концентрацией углерода, причем максимальных значений кислород достигает при низком содержании углерода. Задачей раскисления является снижение концентрации растворенного кислорода и возможно полное удаление из металла продуктов раскисления. Оставшийся в металле кислород в неактивной форме в гораздо меньшей степени сказывается на ухудшении свойств готовой стали.
В металлургической практике применяются следующие способы раскисления стали:
- осаждающее раскисление;
- диффузионное раскисление;
- раскисление синтетическими шлаками;
- раскисление в вакууме.
Осаждающее раскисление является наиболее распространенным способом, при котором снижение концентрации растворенного в жидком металле кислорода достигается связыванием его элементами-раскислителями (Mn, Si, Ti, Zr, Al, Ca, РЗМ), обладающими большим сродством к кислороду, чем железо.
При присадке раскислителя Е в металле имеет место взаимодействие х [O] + у [Е] = EyOX (г, ж, тв) с образованием окисла элемента-раскислителя в газообразном, жидком или твердом состоянии, нерастворимого в стали. Степень понижения концентрации растворенного кислорода обусловлена раскислительной способностью элемента-раскислителя, обычно определяемой концентрацией растворенного в жидком железе кислорода, находящегося в равновесии с определенной концентрацией элемента-раскислителя. С увеличением сродства элемента-раскислителя к кислороду растет его раскислительная способность.
Термодинамические данные реакций раскисления приведены в табл.
Образующиеся продукты раскисления в силу их меньшей плотности в той или иной степени удаляются из металла. Полнота очищения жидкой стали от продуктов раскисления зависит от величины, состава и физико-химических свойств частиц, способности их к укрупнению, от вязкости и температуры металла. Наиболее благоприятные условия для укрупнения частиц и их всплывания из жидкой стали создаются при образовании жидких, легкоплавких продуктов раскисления, что свойственно окислам элементов (марганца, кремния) с низкой раскислительной способностью. С повышением раскислительной способности элементов (алюминия, титана, циркония) обычно повышается температура плавления частиц; целесообразно применение комплексных раскислителей Si—Mn, Si—Ca, Ca—Al, Al—Mn—Si, Al—Si—Ca и др.), при действии которых образуются сравнительно легкоплавкие, способные к укрупнению и быстрому всплыванию продукты раскисления.
Наиболее широко в качестве раскислителей применяются марганец, кремний (в виде ферросплавов) и алюминий. Марганец является сравнительно слабым раскислителем, однако он применяется при раскислении всех сталей и незаменим при производстве кипящей стали. При раскислении марганцем, в зависимости от его содержания в жидкой стали образуются растворы х MnO • у FeO в твердом или жидком состоянии. По мере повышения остаточного марганца в металле возрастает MnO в продуктах раскисления, вплоть до образования свободной MnO.
Кремний — более сильный раскислитель. Продуктами раскисления кремния, при повышении содержания его в стали являются жидкие силикаты железа вплоть до твердого кремнезема. При совместном раскислении марганцем и кремнием образуются силикаты марганца и железа, состав которых зависит от соотношений концентрации марганца, кремния и кислорода. В присутствии марганца раскислительная способность кремния повышается.
Алюминий является весьма активным раскислителем. При введении алюминия в избытке, что обычно имеет место в практике раскисления, образуются твердые мелкодисперсные частицы глинозема. При малой добавке алюминия в металл образуются частицы FeО-Аl2O3.
Диффузионное раскисление, основанное на законе распределения закиси железа между металлом и шлаком, сводится к раскислению шлака. Уменьшение концентраций FeO в шлаке за счет его раскислении вызывает диффузию кислорода из металла в шлак до равновесного распределения между обеими фазами при данной температуре.
Раскисление шлака практически осуществляется путем введения на его поверхность порошкообразных раскислительных смесей, содержащих кокс, древесный уголь, ферросилиций, алюминий. При диффузионном раскислении металл не загрязняется продуктами раскисления, но для его осуществления необходимы восстановительная атмосфера и длительное время, что сопряжено с понижением производительности печи. Этот способ раскисления применяется при плавке высококачественной стали в электродуговых печах, где без особых затруднений можно создавать восстановительную атмосферу.
Раскисление стали синтетическими шлаками (кислыми или основными с малым содержанием FeO) также основано на экстрагировании FeO из металла в соответствии с законом распределения. При этом способе раскисления сталь выливается в ковш с жидким синтетическим шлаком. Благодаря эмульгированию шлака раскисление протекает с большой скоростью. При обработке стали синтетическими основными шлаками, кроме раскисления, возможно обессеривание металла.
Практика раскисления. В зависимости от степени раскисленности стали различают кипящую, полуспокойную и спокойную сталь.
Кипящая сталь — частично раскисленная (марганцем и углеродом) сталь, застывающая в изложницах с обильным выделением газов, являющихся в основном (до 90% СО) продуктом взаимодействия растворенных в жидком металле углерода и кислорода. Интенсивность газовыделения предопределяет строение и качество слитка кипящей стали. Кипящую сталь выплавляют в мартеновских печах и конвертерах с содержанием углерода от 0,02 до 0,27 и редко до 0,35% и содержанием марганца до 0,6%. Основным раскислителем кипящей стали является углеродистый 75%-ный ферромарганец, который вводится в печь или в ковш. Экономически более целесообразно раскисление в ковше, при этом снижается расход ферромарганца (до 25%) и сокращается продолжительность плавки (на 5—15 мин). Угар марганца при раскислении в ковше составляет 20—40%, при раскислении в печи до 35—70%.
Полуспокойная сталь по степени раскисленности занимает промежуточное место между кипящей и спокойной сталью. Количество раскислителей, добавляемых в металл, недостаточно для полного предотвращения выделения газов, поэтому в слитке полуспокойной стали наблюдаются газовые пузыри и слаборазвитая усадочная раковина.
Полуспокойная сталь выплавляется в мартеновских печах и конвертерах, она содержит 0,1—0,3% С; 0,35—0,85% Mn и до 0,15% Si. Раскисление полуспокойной стали производится частично в печи (ферромарганцем, доменным ферросилицием) и затем в ковше (ферросилицием, карбидом кремния, алюминием, ферротитаном) или же только в ковше. Иногда добавляют небольшое количество алюминия (0,02—0,5 кг/т) в изложницу, вводя его в центровую в процессе разливки.
Спокойная сталь раскисляется избытком сильных раскислителей, исключающим возможность взаимодействия растворенного кислорода с углеродом во время охлаждения и затвердевания металла в изложнице.
Многообразные по химическому составу марки спокойной стали производятся в мартеновских и электродуговых печах и конвертерах.
Практика раскисления спокойной стали весьма различна. Во всех методах стремятся получить хорошо раскисленную сталь с минимально возможным содержанием оксидных включений, наличие которых сильно сказывается на качестве металла. На загрязненность стали оксидными включениями определенным образом влияет способ и последовательность введения раскислителей. В качестве раскислителей применяются углеродистый и малоуглеродистый ферромарганец, зеркальный чугун, доменный и 45%-ный ферросилиций, силикомарганец, алюминий, ферроалюминий, силикокальций, силикоалюминий, альсикаль, карбид кремния, силикоцирконий и др. Предварительное раскисление производится в печи слабыми раскислителями, более сильные вводятся в ковш. Иногда сталь раскисляют в ковше, без предварительного раскисления кремнием в печи.
Для уменьшения загрязненности стали оксидными включениями и для более равномерного их распределения в последнее время применяют введение алюминия, силикокальция или альсикаля в ковш при помощи специальных трубок. Предложен также метод раскисления стали в ковше жидким алюминием.
Раскисление и легирование стали в мартеновских печах
Мартеновский процесс характеризуется большой гибкостью как по виду используемых исходных материалов, так и по сортаменту выплавляемых сталей. Относительно удобные условия налаживания контроля за состоянием ванны и составом металла и шлака, а также относительно большие возможности регулирования температуры ванны, особенно при использовании кислорода, позволяют выплавлять в мартеновских печах широкий сортамент углеродистых и легированных сталей.
Однако возможности высокого нагрева металла и получения в нем низкого содержания серы в мартеновской печи ограничены по сравнению с электропечами. Поэтому несколько и ограничен сортамент высоколегированных сталей, выплавляемых в мартеновских печах.
В мартеновских печах выплавляют все группы сталей по степени раскисленности: кипящие, спокойные и полуспокойные.
Раскисление стали
Основными элементами-раскислителями, используемыми при мартеновском процессе, являются марганец, кремний и алюминий. Первые два элемента преимущественно используются в виде сплавов с железом -ферромарганца и ферросилиция, а алюминий — в виде чистого металла.
Раскисление спокойной стали обычно осуществляют в два приема. Поэтому и раскисление разделяется на предварительное и окончательное. Предварительное раскисление металла осуществляют в печи низкопроцентным ферросилицием из расчета введения в металл 0,15— 0,25% и ферромарганцем. Иногда для предварительного раскисления используют комплексный сплав – силикомарганец. Предварительное раскисление продолжается 10—15 мин, после чего металл выпускают в ковш. Угар кремния при предварительном раскислении составляет 60—80%.
Окончательно металл раскисляют путем присадки богатого ферросилиция (45—75% Si) и алюминия на струю металла в момент его выпуска в ковш. Расход ферросилиция должен обеспечить получение заданного содержания кремния в металле, а расход алюминия составляет 300—600 г/т в зависимости от марки стали.
Характер изменения содержания кислорода в металле и элементов-раскислителей при предварительном и окончательном раскислении малоуглеродистой стали представлен на рис. 140.
Для сокращения продолжительности раскисления в печи и снижения расхода ферросилиция предварительное раскисление осуществляют только ферромарганцем. Металл в этом случае продолжает кипеть и его выпускают в ковш.
Окончательно металл раскисляют в ковше.
Для получения нормального слитка кипящей стали необходимо, чтобы металл в изложнице продолжал энергично кипеть в течение 10—15 мин после заполнения изложницы в результате окисления углерода. В этом случае пузыри СО успевают всплывать быстрее, чем металл затвердевает. В слитке образуется плотная поверхностная корка металла толщиной 8—20 мм, которая обеспечивает нормальный нагрев и прокатку слитков без вскрытия внутренних пузырей. Подобное кипение обеспечивается при раскислении кипящей стали одним ферромарганцем, присаживаемым чаще всего в ковш. Полуспокойную сталь раскисляют марганцем и небольшим количеством кремния, который вносится в металл в процессе выпуска ферросилицием.
Раскисление кальцием
Раскислительная способность кальция намного выше, чем у прочих раскислителей, включая алюминий, поэтому введенный в металл кальций взаимодействует не только с растворенным кислородом, но и с находящимися в стали продуктами раскисления, включая SiO2 и Al2O3, восстанавливая их. Наблюдается также восстановление кремния и алюминия из шамотной футеровки разливочного ковша. При использовании кальция в качестве раскислителя приходится учитывать низкую температуру испарения кальция (1490 °С) и его небольшую растворимость в железе (менее 0,03 %). Введенный в металл кальций испаряется и взаимодействует с расплавом в парообразном состоянии. Степень полезного использования вводимого в металл кальция невелика из-за малой скорости и малого времени взаимодействия паров кальция с компонентами металлического расплава. Чтобы поднять степень действия кальция, его используют в виде соединений (карбид кальция СаС2) или сплавов с кремнием (силикокальций) и с кремнием и алюминием.
При раскислении металла кальцием в промышленных условиях обычно образуются сложные продукты раскисления, довольно легко удаляющиеся из металла. В результате взаимодействия кальция с включениями глинозема в металле образуются алюминаты кальция типа nCaO • mAl2O3 с относительно низкой температурой плавления, находящиеся в стали в жидком виде и довольно легко из нее удаляющиеся.
Некоторое (небольшое) количество таких включений остается в стали в виде сравнительно мелких механически прочных включений шаровидной формы (глобулярные включения), не меняющих форму при обработке давлением, что в ряде случаев положительно влияет на служебные свойства стали. Для наиболее эффективного использования кальция его вводят в достаточно глубоко раскисленный металл (после алюминия). В таком случае кальций частично взаимодействует с кислородом, а частично— с серой, связывая ее в прочные тугоплавкие сульфиды СаS, почти не влияющие на уровень металлических свойств стали. Наиболее высокое усвоение кальция обеспечивается при введении его в жидкий металл в виде проволоки, полученной закатыванием порошка силикокальция или карбида кальция в стальную ленту. Возможен вариант с вдуванием порошка силикокальция в металл в струе инертного газа, желательно в нижнюю часть ковша.
Раскисление марганцем
Марганец — очень слабый раскислитель. Он не обеспечивает получения необходимого низкого уровня окисленности стали. Введение марганца в металл при раскислении вызвано тем, что межфазное натяжение на границе металл – жидкое включение МnО невелико, в результате чего облегчается выделение включений и увеличивается скорость удаления кислорода. Кроме того, марганец уменьшает вредное влияние серы на свойства стали, увеличивает прокаливаемость стали и повышает прочность металла.
Легирование стали
Легирующие элементы, чаще всего в виде сплавов, вводят в металл в различные моменты плавки в зависимости от их сродства к кислороду и расхода. Элементы, практически неокисляющиеся в мартеновской ванне (никель, молибден), часто вводят в период завалки или после расплавления. Вместе с тем элементы, имеющие очень большое сродство к кислороду, например титан, ванадий и др., вводят в ковш после добавок в металл богатого ферросилиция и алюминия.
Такие элементы, как хром, марганец (для легирования), сродство которых к кислороду относительно невелико, а масса присаживаемых сплавов большая, вводят после предварительного раскисления в печь. Это обеспечивает хорошее расплавление ферросплавов и позволяет нагреть металл до необходимой температуры. Выдержка металла после легирования этими элементами достигает 20—30 мин, что отрицательно влияет на стойкость футеровки печи и технико-экономические показатели мартеновской плавки. Поэтому все шире находят применение экзотермические сплавы, которые в виде брикетов загружают на дно ковша до выпуска плавки. При термичности брикетов больше 1750 кДж/кг (420 ккал/кг) имеется возможность ввести в сталь марганец или хром в количестве 1,5% без заметного влияния на тепловой баланс этого периода плавки. Одновременно возрастает усвояемость легирующего элемента, сокращается длительность плавки.
Раскисление металлов
процесс удаления из расплавленных металлов (главным образом стали и др. сплавов на основе железа) растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла. Для Р. м. применяют элементы (или их сплавы, например Ферросплавы), характеризующиеся большим сродством к кислороду, чем основной металл. Так, сталь раскисляют алюминием, который образует весьма прочный окисел Al2O3, выделяющийся в жидком металле в виде отдельной твёрдой фазы. Степень раскисления, т. е. конечное содержание кислорода в металле [О]. например при реакции R + О = RO (T), где R и О — раскислитель и кислород в металлическом растворе, определяется концентрацией раскислителя [R], температурой и прочностью окисла RO. В соответствии с Действующих масс законом константа равновесия приведённой выше реакции имеет вид
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Полезное
Смотреть что такое "Раскисление металлов" в других словарях:
раскисление металлов — удаление из расплавленных металлов (гл. обр. стали) растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла. Осуществляется путём введения в металл раскислителей (восстановителей) – веществ,… … Энциклопедия техники
РАСКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛА — одна из осн. операции рафинирования металлов, заключающаяся в удалении из жидкого металла кислорода путём присадки в металл раскислителей (восстановителей) в в, обладающих способностью соединяться с кислородом. Хорошими раскислителями являются… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Рафинирование — I Рафинирование (нем. Raffinieren, от франц. raffiner очищать) окончательная очистка продукта от примесей в металлургической, химической, пищевой и др. отраслях промышленности. II Рафинирование металлов, очистка первичных… … Большая советская энциклопедия
Кислородно-конвертерный процесс — один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путём продувки чугуна в Конвертере технически чистым кислородом сверху. О целесообразности использования кислорода при производстве стали в конвертерах указывал ещё в 1876… … Большая советская энциклопедия
Бессемеровский процесс — бессемерование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива (см. Конвертерное производство). Б. п. был предложен Г. Бессемером в 1856 в связи с растущими потребностями в стали, вызванными ростом ж. д … Большая советская энциклопедия
Читайте также: