книги из ГПНТБ / Шнееров, Я. А. Полуспокойная сталь

Д ля расчета предельных содержаний марганца по из­ вестному необходимому содержанию кислорода в ней

могут быть приняты следующие температурные зависи­ мости констант равновесия реакций [214]:

В табл.36 приведены средние значения оптимальных концентраций кислорода в углеродистой полуспокойной стали, принятые для расчета предельных концентраций марганца (см. рис. 37, завод им. Петровского).

Расчеты, а также исследования показали, что при ле­ гировании бескремнистыми сплавами марганца содер­

ния углерода в полуспокойной стали предельное содер­ жание марганца в ней возрастает. При одинаковых со­

123

вертерной, вследствие более низкого содержания водоро­ да в последней. Поэтому верхние пределы по содержа­ нию марганца в новых марках полуспокойной стали не должны превышать значений, установленных для конвер­ терной стали.

Существующими стандартами (ГОСТ 5165—49 и 4755—49*), как правило, допускается до 2% Si в ферро­ марганце, поэтому установленные значения предельных

в нормально раскисленной полуспокойной стали в том случае, когда содержание марганца ниже установленно­ го предельного, и сталь нуждается в дополнительном ра­ скислении кремнием.

При раскислении углеродистой полуспокойной стали кремнием и марганцем образуются, как правило, жид­ кие ненасыщенные продукты раскисления FeO—МпО— БЮг [211,215] в результате протекания реакций:

[Мп] + [О] = (МпО); [Si] + 2 [О] = (Si02 ); [Fe] + [О] = (FeO).

Уравнения констант равновесия реакций окисления кремния, марганца и распределения кислорода между металлом и продуктами раскисления имеют следующий вид:

°(% FeO)

Термодинамические условия равновесия металла со шлаком, ненасыщенным кремнеземом, изучены недоста­ точно. Поскольку для определения соотношения между содержанием кремния, марганца и кислорода в стали предварительно требуется определить активности компо­ нентов тройного жидкого шлака FeO—МпО—Si02 , за­ дача неразрешима в чистом виде. Для решения указан-

124

ной задачи с точностью, достаточной для практических целей, допущен ряд упрощений с использованием дан­ ных [213, 214, 217—219]. В результате алгебраических преобразований получено следующее уравнение:

/ C M n _ F e 0 — константа равновесия реакции [Мп] + (FeO) =

(MnO) + [Fe].

Уравнение определяет соотношение между кремнием, марганцем и кислородом в железе, находящимся в рав­ новесии со шлаком FeO—

твердыми кристаллами FeO—МпО, где содержание кис­ лорода (при определенной температуре) определяется только содержанием кремния или марганца в металле соответственно.

Для проверки применимости этого уравнения произ­ ведены расчеты равновесных соотношений между содер­

проводили с использованием крайних значений констан­ ты. Полученные результаты (рис. 44) удовлетворитель-

125-

Но совпадают с экспериментальными данными по изу­ чению равновесия между металлом и ненасыщенным кремнеземом шлаком FeO—MnO—SiC>2 [217].

В расчете предельных содержаний марганца принято, что усвоение кремния при легировании стали 70%-ным ферромарганцем такое же, как и марганца, а остаточ­ ное содержание марганца перед раскислением составля­ ет 0,20%- Использованы следующие температурные за­ висимости констант равновесия реакций и распределения кислорода между металлом и шлаком [213, 214]:

ной стали ферромарганцем с содержанием кремния до

тельно, — максимальных содержаний кислорода, то ус­ тановленными предельными содержаниями марганца в этой стали можно ограничить его верхний предел содер­ жания в новых марках полуспокойных сталей.

Без каких-либо технологических ограничений на оте­

Полуспокойные стали с более высоким, чем указан­ ное выше, содержанием марганца (вплоть до предельно­ го) могут производиться только при использовании фер,- ромарганца с более низким содержанием кремния.

130

При производстве полуспокойной стали с более низ­ ким, чем предельное на рис. 43, содержанием марган­ ца, ее надо дополнительно раскислять кремнием.

На основании экспериментальных данных по содер­ жанию кислорода в конвертерной углеродистой стали с 0,07—0,30% С (завод им. Петровского) рассчитаны оп­ тимальные концентрации кремния в полуспокойной ста­ ли в зависимости от содержаний С и Мп (рис. 45).

Данные рис. 43 и 45 свидетельствуют о том, что по­ луспокойные стали с повышенным содержанием марган­ ца следует раскислять кремнием в зависимости от со­ держаний углерода и марганца в металле. Из рис. 45 следует, что при повышении содержания марганца об­ легчается получение стабильных результатов по раскис­ ленности полуспокойной стали, так как необходимые содержания кремния в зависимости от содержания угле­ рода в ней изменяются в меньшей мере.

Для легирования полуспокойной стали с, содержани­ ем углерода до 0,10—0,12% следует применять малоили среднеуглеродистый ферромарганец, металлический марганец или силикомарганец (если вводимое им совме­ стно с марганцем содержание кремния не превышает оптимального). Применение углеродистого доменного ферромарганца может быть рекомендовано при легиро­ вании полуспокойной стали с содержанием углерода 0,14—0,15% и более. Для окончательного раскисления (при необходимости) марганцовистой стали следует ис­ пользовать только 45%-ный ферросилиций в ковш.

При проведении опытных плавок полуспокойной ста­ ли с повышенным содержанием марганца [216] было установлено, что для нее полностью применимы визуаль­ ные методы оценки раскисленности углеродистой полу­ спокойной стали на разливке (табл. 38). Эксперимен­ тальные данные по содержанию кремния в зависимости от содержаний углерода и марганца в металле конвер­ терных опытных плавок удовлетворительно совпадали с расчетными, приведенными на рис. 45.

Зависимость концентрации кислорода (в пробе из изложницы) от содержания углерода в полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца представ­ лена на рис. 46. Оптимальные содержания кислорода в конвертерной полуспокойной стали с обычным и повы­ шенным содержанием марганца (по содержаниям водо­ рода и азота сравниваемые стали не отличались) оди-

* Д л и н а раската, считая от верхнего торца.

наковы и в одинаковой степени снижаются с увеличением содержания углерода (см. рис. 37 и 46). В марте­ новской стали оптимальные содержания кислорода бы­

значительное вторичное окисление струи и поверхности зеркала металла. В результате этого при разливке си­ фоном со скоростью до 0,3 м/мин, полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца грубая корка на зеркале металла образовывалась, как правило, с 7з вы­ соты слитка и дальнейшее наполнение изложницы про­ исходило с заворотами корки, что вызывало пораженность раската слитка грубыми одиночными поверхност­ ными дефектами. Кроме того, корка мешала визуальному определению раскисленности металла при разливке. При повышении содержания марганца в стали с 0,46— 0,47% до 0,94—0,96% содержание его закиси в шлако­ вой корке увеличивалось с 10,8—10,9% до 25,2—38,1% при одновременном снижении содержаний закиси желе­ за и кремнезема.

Образования грубой корки на зеркале металла мож­ но избежать повышением скорости сифонной разливки стали до 0,4—0,5 м/мин. В этих условиях сталь подни­ мается до 3 Л высоты изложницы с «чистым зеркалом»,

134