3.3.5. Гази, що м1стяться в стал1

Гази в металах перебувають у вигляд1 газових бульбашок, р1зних сполук (ОКСИД1В, ПДрИД1В, ШТрЩЦв) 1 рЩКИХ або твердих розчишв, тобто у вигляд1 атомгв чи йошв, розподшених М1Ж атомами та йонами рщкого металу або закршлених у кристал1чну гратку металу. Гази, нав1ть за вм1сту IX у сотих 1 тисячних частках вщсотка, значно впливають на властивоси металу.

Оксиген (кисень) у метал1 найчаспше розчиняеться внаслщок ди- сощацп оксидов феруму шлаку за реакщею (3.11), яка вщбуваеться в сталеплавильних процесах завдяки Тх окиснш дИ.

У ванну сталеплавильних печей кисень надходить переважно з атмо- сфери печ1 та газ1в, як1 вводять до сталеплавильно'] ванни. Деяка к1ль- юсть кисню вноситься з брухтом Оржа на поверхн1) 1 додатковими матер1алами, як1 м1стять оксиди феруму.

Розчинення кисню в зал1з!, що знаходиться шд зал1зистим шлаком, з тдвшценням температури зб1льшуеться. Якщо метал м1стить дом1шки, спор1днен1сть яких до кисню вища, н1ж у зал1за, то вщбуваеться окиснен­ня дом1Шок, 1 вм1ст кисню в метал1 зменшуеться.

Кисень, розчинений у стал1, спричинюе П червоноламк1сть.

Пдроген (водень) переходить у метал за реакщями

0,5{Н₂} = [Н]; {Н₂0} = 2 [Н] + [О]. (3.31)

Для константи р1Вноваги першоТ реакцп, ур1вноважен1й з газовою фазою, вм1ст газу в метал1

[Н] = К_нр°_й⁵₂/[_я. (3.32)

Пропорц1йн1сть вм1сту водню в метал1 парц1альному тиску водню в газовш фаз1 в степеш 0,5 називають «законом квадратного кореня», або законом Сгвертса.

У ванну сталеплавильних печей водень надходить з атмосфери печ1, деяка юлыасть вноситься з брухтом 1 додатковими матер1алами.

Розчиншсть водню у твердому метал1 для р1зних модифшацш зал1за неоднакова. Стрибкопод1бна зм1на розчинносп п1д час переходу металу з р1дкого у твердий стан зумовлюе штенсивне вид1лення з нього водню, сущльшсть металу порушуеться 1 виникають так1 дефекта, як флокени. Водень, що залишився у твердому розчиш, спотворюе кристал1чну Гратку металу, внаслщок чого шдвищуеться крихк1сть, зменшуеться пластичшсть 1 як1сть металу пог1ршуеться.

Газова фаза, що мктить водень, може взаемод1яти з основним шлаком, икий знаходиться на поверхш металу:

{Н₂0}+(0²~) = 2(01Г). (3.33)

Шд час контактування з кислим шлаком вщбуваеться така реакщя: {Н₂0} + 2 (ЗЮ^) = (51₂0^) + (ОН"). (3.34)

При цьому ашон пдроксильно! групи взаемод^е з металом:

2 (ОН^- ) + [Ре] = 2 (О^2-) + (Ре²⁺) + 2 [Н]. (3.35)

Шдвищення основност! шлаку та збыыиення в ньому вм1сту анюшв Оксигену сприяють зростанню розчинення водню в шлаку, що зумов- люс перехщ водню до металу. Навпаки, шдвищення окиснення шлаку аамо61гае розчиненню водню в металл Кисл1 шлаки перешкоджають переходу водню з атмосфери агрегату до металу кр1зь шар шлаку бьтыне, II 1ж основнь Це е одшею з небагатьох переваг кислих сталеплавильних Процеав пор1вняно з основними.

Штроген (азот) майже завжди мютиться в атмосфер! сталеплавиль­ного агрегату. Розчинення в метал1 азоту також вщбуваеться за зако­ном Слвертса.

У ванну сталеплавильних печей азот надходить з атмосфери печь У (емка к1льк1сть азоту вноситься з брухтом 1 додатковими матер1алами.

Ла звичайних температур сталеплавильних процеав (1350— 1650 °С) к1льк!сть азоту, що переходить у метал 13 газовоУ фази, незначна, однак ,Н1 томператури понад 2500 °С (наприклад, у зош електричних дуг шд Час виплавляння стал1 в дугових електропечах, в зош контактування Китового струменя з металом у процес1 продувания ванни киснем) Мплекули азоту дисощюють, 1 швидшсть проникнення в метал атом1в I Птрогену може р1зко збшыиитися. Розчиншсть азоту в метал1 залежить IIIКОЖ В1Д ЙОГО складу. ДОМ1ШКИ, що створюють М1ЦШ ШТрИДИ (хром, Мшпаи, ванадш, титан, алюмйпй, церш та шш рщюсноземельш метали), ц|дшпцують розчиншсть азоту в сталь Домишки, що не утворюють нПрид'ш (вуглець, фосфор) або утворюють немщш штриди (силщш), илг изаемоддать 13 зал1зом, пом1тно знижують розчиншсть азоту.

1а и|)актики сталеплавильного виробництва вадомо, що, на в1дмшу и!д иодшо, шлак надшно захищае метал вщ розчинення азоту. Газ 13 мпалу ви/цляеться у зворотному напрямь Поверхнево-активш дом1шки н мгта./м перешкоджають переходу азоту через поверхню контактування фи 11 утрудиюють його виведення. Обдувания поверхш металу вщновним |цмим I виведення при цьому з поверхш металу кисню сприяють проце- су иидалеиня азоту.

Шд мае виплавляння стал1 завдяки окисненню вуглецю газопод1бш продукт реакцп у вигляд! бульбашок проходять кр1зь метал. Парщ- альний тиск азоту в бульбашках близький до нуля, тобто бульбашки не м1стять азоту. Однак посля спливання бульбашок до них надходить азот. Пщвищення швидкосто зневуглецювання прискорюе видаленпя з металу азоту.

Розчинность азоту в эал131 залежить вод температури 1 складу мета лу. Розке зниження розчинност1 азоту под час переходу оз родкого и твердий стан 1 в процесо перетворення у-Ре в а-Ре у разо швидкот охолодження металу призводить до утворення перенасиченого азотом твердого розчину, з якого у процес1 експлуатацп на границях зерен видоляються нотриди, що иодвиоцуе крихкость 1 знижуе його пластичность («староння металу»). Особливо швидко вщбуваеться погоршення власти востей металу, в якому високий вмост азоту, та под час експлуатацп н умовах низьких температур.