Обеспечение заданного содержания кремния в готовой стали

Как было показано выше, в основных процессах, имеющих в настоящее время решающее значение в производстве стали, ос­таточное содержание кремния в металле в конце окислительного рафинирования ничтожно мало (следы), поэтому кремний как по­лезная примесь в необходимом количестве вводится в металл после окончания окислительного рафинирования. Для этой цели обычно используют различные железокремнистые сплавы, называемые ферросилицием.

2.3 Окисление и восстановление марганца

Марганец в сталеплавильных процессах может образовывать различные химические соединения: наиболее важными из которых являются MnO, MnS и Мn₃С. Мар­ганец в готовой стали в большинстве случаев является полезной примесью, служащей для раскисления и легирования.

Марганец как раскислитель в количестве 0,25-0,50% содер­жится в кипящей, полуспокойной и спокойной углеродистой стали.

Основное положительное влияние марганца на свойства стали состоит в уменьшении вредного влияния серы за счет связывания ее в сульфид MnS, который при кристаллизации металла выделяется в виде твердых, случайно расположенных включений, приносящих во много раз меньше вреда, чем FeS. Для выделения серы в виде менее вред­ных твердых включений необходимо иметь в стали следующее отношение содержания марганца и серы: [Mn]/[S]≥20-22.

Марганец как легирующий элемент.

Марганец резко уменьшает критическую скорость закалки, поэтому марганцовистая сталь прокаливается значительно глубже, чем простая углеродистая. Растворяясь в феррите, марганец по­вышает прочность стали, но несколько снижает пла­стичность стали (относительное удлинение и ударную вязкость). Марганец также повышает износостойкость и упругость стали.

Поведение марганца в сталеплавильных ваннах

Марганец вносится в сталеплавильную ванну в основном с чугуном и ломом. В зависимости от содержания марганца в чугуне и ломе и их соотношения содержание марганца в исходной шихте изменяется в широких пределах: от 0,3-0,5 до 1,0-1,5% и более.

Марганец, растворенный в металле, окисляется кислородом;

а) содержащимся в газовой фазе:[Mn] + О₂ газ = (МпО); ΔG° = -361 380 + 106Т;

б) содержащимся в окислах железа шлака: [Мп] + (FeO) = (МпО) + Fe; ΔG° = —124 000 + 56,4Т;

в) растворенным в металле: [Мп] + [О] = (МпО); ΔG° = -245 000 + 109Т;

Возрастание величины ΔG° по мере повышения температуры свиде­тельствует о возможности протекания при высоких температурах - обратного процесса — восстановления марганца из оксида желе­зом: (МnО) + Fe = [Мn] + (FeO), а также углеродом и кремнием: (МnО) + [C] = [Мn] + СОгаз; 2 (МnО) + [Si] = 2 [Mn] + SiO₂.

Полнота протекания реакции окисления марганца зависит от характера шлака, под которым проводится плавка, окисленности шлака, и температурного уровня процессса.

В начале плавки марганец интенсивно окисляется до достижения равновесия реакции

(МnО) + Fe = [Мn] + (FeO)

После достижения равновесия содержание марганца в металле по ходу процесса может оставаться неизменным при постоянстве внешних условий или изменяться в сторону увеличения или умень­шения в зависимости от характера изменения внешних условий - температуры, окисленности ванны, количества шлака и т.п.

В конце плавки возможны следующая динамика содержания марганца в металле:

1. при [С]>0,2-0,3% за счет повышения температуры при низкой окисленности шлака концентрация марганца в металле в конце плавки повышается.

2. при [С]< 0,05-0,07%), вследствие резкого повышения содержания FeO в шлаке концентра­ция марганца в металле снижается (несмотря на дополнительное повышение температуры).

На остаточное содержание марганца в металле влияет основность шлака: более глубокое окисление марганца в кис­лых процессах, чем в основных, объясняется тем, что МnО, обладая основными свойствами, в кислых шлаках в значительной степени вза­имодействует с SiО₂ например, по реакции 2(MnO) + (SiO₂) = (MnO)₂-SiO₂. Это приводит к снижению активности МnО в шлаке и смещению реакции вправо.

К концу плавки ввиду повышения тем­пературы (1580-1620°С и более) и снижения содержания FeO в шлаке (8-12% при концентрации углерода в металле не менее 0,15-0,20%) значения Lmn снижаются до 10-20 и в металле остается 20-35 % марганца. Однако при выплавке стали с 0,05-0,07% С содержание FeO в шлаке в конце плавки снова повышается до 15-20% и более, что приводит к увеличению Lmn до 25-35 и выше и снижению остаточного содержания марганца до 15-20 %.

Обеспечение заданного содержания марганца в готовой стали

В большинстве случаев остаточное содержание марганца бывает значительно меньше заданного. Заданное содержание марганца в готовой стали обеспечивается введением его в металл в виде того или иного металлического марганецсодержащего ма­териала (ферромарганца, силикомарганца, металлического марган­ца и др.) в ковш при выпуске.