Равновесные концентрации углерода и кислорода при глубоком обезуглероживании стали
При содержании углерода менее 0,05% в продуктах реакции окисления углерода появляется значительное количество CO2. При этом парциальное давление CO в продуктах реакции уменьшается, что способствует протеканию реакции (9.9) в направлении образования дополнительного количества оксида углерода.
В случае одновременного образования CO и CO2 уравнение, описывающее связь между равновесными концентрациями углерода и кислорода в металле, имеет вид
Решая уравнение (9.18) относительно концентрации кислорода, получим
Результаты расчета содержания кислорода в металле по уравнениям (9.17) и (9.19) показаны на рисунке 9.4. Из рисунка видно, что при [C] < 0,03% влияние CO2 на величину равновесных концентраций углерода и кислорода существенно.
Рисунок 9.4 – Соотношение равновесных концентраций углерода и кислорода в железе при 1600оС и P = 105 Па с учетом (1) и без учета (2) образования CO2
Учитывая сходный характер зависимостей, при концентрациях углерода менее 0,05% для оценки равновесных концентраций углерода и кислорода в железе с достаточной точностью можно пользоваться более простым соотношением
ОКИСЛЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ КРЕМНИЯ
Роль кремния в сталеплавильных процессах
Кремний является одним из наиболее распространенных элементов, содержание которого в земной коре оценивается в 26%. Роль кремния в сталеплавильных процессах сводится в основном к следующему.
Ввиду высокого химического сродства к кислороду и доступности кремний при производстве стали широко используется в качестве раскислителя.
Для раскисления кремний вводят в спокойную сталь в количестве 0,15 – 0,35%, в полуспокойную сталь – 0,08 – 0,12%. В кипящей стали кремний является нежелательной примесью, ухудшающей кипение металла в изложнице и строение слитка. По этой причине содержание кремния в кипящей стали не должно превышать 0,02 – 0,03%.
В качестве легирующего элемента кремний содержится в стали в количестве 0,5 – 0,6% и более.
Легированная кремнием сталь обладает более высокими значениями предела текучести, упругости, сопротивления удару, малым остаточным магнетизмом, хорошей прокаливаемостью, жаропрочностью, способностью в закаленном состоянии сохранять твердость при относительно высоких температурах и т.д. Кремнием легируют стали различного назначения: конструкционные (0,8 – 1,5% Si), инструментальные (1,2 – 1,6% Si), пружинно-ресорные (1,3 – 2,0% Si), жаро- и окалиностойкие (2,0 – 3,0% Si), электротехнические (2,5 – 4,5% Si) и др.
Обычно сталь легируют кремнием в сочетании с другими элементами, чаще всего в сочетании с кремнием и марганцем.
Среди обычных примесей металлической шихты кремний окисляется с выделением наибольшего количества тепла. Содержащийся в металлической шихте кремний по ходу плавки окисляется практически полностью, что положительно отражается на тепловом балансе плавки. Например, в бессемеровском процессе реакция окисления кремния является одной из основных статей приходной части теплового баланса плавки.
Образующийся в результате окислении кремния металлической шихты кремнезем оказывает разрушающее воздействие на футеровку основных сталеплавильных агрегатов, особенно в процессах с высоким расходом жидкого чугуна, например, в кислородно-конвертерном.
Кроме того, при высоком содержании кремния в шихте увеличивается количество печного шлака.
По этим причинам для мартеновского и кислородно-конвертерного процесса содержание кремния в передельном чугуне желательно иметь в пределах 0,5 – 0,8%.