4. Розчинення легувальних елементів у рідкому залізі

Розчинення феросплавів у рідкий сталі. Процес розчинення тугоплавких металів у розплаві складається із двох стадій. Перш за все здійснюється розривання зв'язків атомів в кристалевій гратці твердого тіла і утворення нових зв'язків з атомами рідкого металу в його суміжному шарі. Потім здійснюється дифузія атомів, що розчинилися, в об'єм розчину через суміжний шар рідкого металу. Швидкість процесу розчинення металу лімітується швидкістю більш повільної стадії. У випадку рівності швидкостей обох стадій швидкість розчинення дорівнює будь-якій із двох наведених стадій.

Таким чином, швидкість першої стадії процесу розчинення (кінетичний режим) залежить від фізико-хімічних властивостей розчинника і розчинюваного металу.

Дифузійний режим розчинення є визначним для більшості тугоплавких металів і феросплавів, які використовують в сталеплавильному виробництві. У цьому випадку швидкість їх розчинення не залежить від температури плавлення.

У зв'язку з тим, що швидкість розчинення більшості металів лімітується транспортуванням часток в рідкій фазі, а значення їх коефіцієнтів дифузії мають малий порядок, проведення процесів легування сталі тугоплавкими металами і сплавами потребує значного часу.

5. Роль пічного шлаку під час легування сталі

Усі сталеплавильні процеси супроводжуються утворенням шлаків, які уявляють собою багатокомпонентні розплави різних оксидів і сульфідів, що утворилися при окисленні елементів, які входять до складу металу, і видаленні із нього сірки, а також таких, що попали у метал із руди, вапна, бокситів і інших флюсів.

Від фізичних і хімічних властивостей шлаку, його кількості у сталеплавильній ванні залежать :

- інтенсивність і ступінь видалення домішок із сталі;

• захист металу від насичення його газами, які знаходяться в атмосфері печі;

• швидкість поширення кисню із атмосфери печі у ванну;

-асиміляція неметалевих вкраплин, що спливають з металу;

-передавання тепла від електродуги до металу;

-захист металу від охолодження при відсутності обігрівання його зверху;

• дифузійне розкислення металу;

• якість поверхні і структури виливків при розливанні сталі під шаром шлаку.

Таким чином, якість сталі обумовлюється не тільки режимами окислення домішок металу і доведення останнього до необхідної температури, але і тим, якою мірою вдається регулювати фізичні і хімічні властивості шлаку: температуру плавлення, тепло- і електропровідність, щільність, в'язкість, поверхневий натяг, які залежать від його хімічного складу.

Оксидами, які визначають природу шлаку, є кремнезем і вапно. Надлишок кремнезему дає групу кислих шлаків, а надлишок вапна основних. Ступінь основності характеризується відношенням CaO/SiO₂.

З точки зору металургійних показників основність шлаків непрямим методом може бути оцінена здатністю цих оксидів видаляти фосфор і сірку.

При виплавленні легованих і високолегованих сталей в шлаки входять оксиди CrO, Cr₂O₃, VO,V₂O₅, TiO₂, W₂O₃ та ін. В залежності від особливостей процесу плавлення в одних випадках утворюються нижчі оксиди, в других -вищі. Перші мають основний характер, другі - кислотний.

Шлаки, які вмістять оксиди заліза в кількості, достатній для передавання кисню в сталь і окислення домішок кремнію, фосфору, марганцю або вуглецю, відносять до окислювальних. І навпаки, шлаки з малою концентрацією оксидів заліза відносять до відновлювальних.

Шлаки мають певну сорбційну здатність до газів пічної атмосфери.

Підвищення основності шлаку і зниження в ньому вмісту закису заліза сприяють збільшенню розчинності азоту.

Тип шлаку (основний або кислий ), вміст в ньому закису заліза і температура справляють вирішальний вплив на угар легувальних елементів. Закис заліза є як би транспортером кисню із газової фази в сталь . Закис заліза FeO на межі „шлак-сталь" окислюється до Fe₂O₃, надлишковий закис заліза переходить у сталь.

При окисленні легувальних елементів, в залежності від їх виду, утворюються основні або кислотні оксиди. Перші більш інтенсивно взаємодіють з кислотними, а другі - з основними оксидами шлаку. В обох випадках ці процеси супроводжуються зниженням активності продуктів окислення і внаслідок цього — більш високим угаром легувальних елементів. З цієї причини угар при легуванні сталі хромом, ванадієм, вольфрамом та іншими елементами, які дають кислотні оксиди Сг₂О₃, V₂O₃, WO₃ вищий при плавленні сталі під основними шлаками.