книги из ГПНТБ / Хан Б.Х. Раскисление, дегазация и легирование стали

чая подготовительные операции. На одном приборе за 8 час. ра­ боты можно, произвести до 10 определений.

Обычно в заводских условиях для контроля содержания

водорода по ходу плавки устанавливают комплект из 4—6 при­ боров, обслуживаемых одним лаборантом. Это позволяет значи­ тельно повысить пропускную способность лаборатории газового

анализа и производить контрольные и повторные определения без опасения потери водорода из-за длительного хранения образцов.

Все приборы подсоединяют через обычный трехходовой кран к

форвакуумному насосу, обслуживающему их. одновременно. Трех­ ходовой кран необходим для попеременного впуска воздуха в систему приборов или в форвакуумный насос при производстве

анализов.

Определение водорода в приборе форвакуумного нагрева чрезвычайно просто и не требует высококвалифицированных ла­ борантов. Простота конструкции и легкость изготовления позво­ ляет быстро производить ремонт стеклянных частей в’ обычной

стеклодувной мастерской.

Содержание водорода в стали, определенное в прцборе Ба­ талина, хорошо согласуется с содержанием водорода,, определен­ ным на приборах вакуумного нагрева. На рис. 59 приведены

сравнительные данные о содержании водорода в стали, опреде­ ленном разными методами.. Эти данные показывают, что при

температуре нагрева от 300 до 500° в приборе Баталина выде­

ляется такое же количество водорода, как и в приборах вакуум-

нагрева при 650—670°. Чем ниже температура нагрева, тем

больше время выделения из образца при практически одинако­ вом содержании водорода, что видно из рис. 60, характеризую­ щего длительность и количество водорода, выделенного из об­ разцов различной стали в приборе Баталина.

Надежность определения содержания водорода в приборе

Баталина неоднократно проверяли на практике многие исследо­ ватели. Полученные результаты позволяют считать, что этот прибор является надежным в эксплуатации, простым по кон­

струкции и вполне приемлемым для заводских условий.

Для определения содержания водорода в аустенитных и дру­ гих высоколегированных сталях применяют реакционную труб­ ку, изготовленную из прозрачного кварца; температуру нагрева

повышают до 800—850°.

Прибор Баталина был .реконструирован и усовершенствован Байковым [89]. Трехходовой вакуумный кран упразднен. Ваку­ умирование прибора производится через углубление шлифа реак­ ционной трубки и через отросток в муфте шлифа. Сообщение при­

бора с вакуум-проводом и напускание воздуха в прибору произ­

водится поворотом реакционной трубки на 180 . Ртутный мано­

метр заменен масляным; точность измерения при этом увеличи-

Показания прибора Вакуумного нагреВа, мл/ЮОг

Количество газа, м л /К О г

Рис. 60. Влияние температуры на время выделения и количество водорода, выделенного из различных марок стали в приборе форвакуумного нагрева

для уменьшения влияния поверхностных явлений должны иметь

внутренний диам. 7—10 мм. Для поглощения паров воды, выде­ ляющихся при анализе, в прибор помещают лодочку с фосфор­ ным ангидридом. Остальной выделившийся газ — водород. Этот метод назван автором безвлажным форвакуумным нагревом. Он дает более точные и сходимые результаты, чем прибор Баталина.

Схема прибора показана на рис. 61.

чои

Рис. 61. Схема прибора безвлажного фор­ вакуумного нагрева для определения содер­ жания водорода в стали:

ангидридом

Определение азота в сталях, не содержащих элементов, ко­ торые образуют трудноразложимые нитриды (титан, цирконий, ниобий), методом вакуумной плавки дает вполне надежные ре­ зультаты. Если эти элементы содержатся в стали, то определе­ ние азота следует производить при возможно высоких темпе­ ратурах.

Не менее надежные результаты содержания азота в сталях дает метод растворения с последующей отгонкой аммиака, кото­ рый основан на том, что нитриды железа, марганца, хрома и дру­

гих элементов, входящих в состав стали, хорошо растворяются в разбавленной серной и соляной кислотах.

Для определения этим методом содержания азота в стали от­

бирают пробу жидкого металла и хорошо раскисляют алюминием или берут пробу от стального изделия. Отобранную пробу засверливают или обтачивают на станке и определенное количество стружки растворяют в кислоте. Аммонийные соли, образующиеся

142 Дегазация стали

при растворении металла, разлагаются едким натром или изве­ стковым молоком, а выделяющийся аммиак отгоняют и улав-. ливают титрованным раствором кислоты. Избыточное количество кислоты титруют щелочью. Количество аммиака, поглощенного кислотой, пересчитывают на азот [90].

Точность этого метода, как и всякого химического метода, определяется в первую очередь чистотой реактивов (в особен­ ности воды и кислоты), а также конструкцией аппаратуры, ис­ пользуемой для отгонки аммиака. Поскольку в воздухе и приме­

няемых реактивах всегда содержится азот, необходимо периоди­ чески производить холостой опыт и полученную поправку на азот учитывать при анализах.

Описанный метод определения азота не требует сложной вакуумной аппаратуры и доступен каждой лаборатории.

ПОВЕДЕНИЕ ВОДОРОДА И АЗОТА ПРИ ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ

Основное количество углеродистой и низколегированной стали выплавляют в основных мартеновских печах. На заводах с пол­ ным металлургическим циклом сталь выплавляют скрап-рудным

процессом с использованием 65—70% жидкого чугуна в шихте, а на некоторых металлургических и машиностроительных заво­

дах, не имеющих доменных печей, сталь выплавляют скрап-про-

цессом с использованием 35—40% твердого чугуна в завалку.

Большинство качественной низколегированной и конструкцион­

ной стали в настоящее время выплавляется скрап-процессом.

Известно, что в спокойных сталях с низким содержанием угле­ рода (0,10—0,15%), а также в кипящих сталях, содержится ма­ лое количество водорода при любой технологии ведения плавки.

Поэтому представляет интерес рассмотрение поведения водорода при плавке углеродистых сталей со средним и высоким содер­ жанием углерода, а также при плавке всех низколегированных сталей.

Содержание водорода в металле по расплавлении опреде^ ляется качеством шихтовых материалов и длительностью перио­

дов завалки и плавления. Обычно .по расплавлении в мартенов­

ской ванне содержится от 4 до 8 .ил/100 г растворенного водорода при работе на твердом чугуне и от 3,5 до 5 мл) 100 г при работе на жидком чугуне. Влияние качества шихтовых материалов на

содержание водорода по расплавлении иллюстрируется данными

табл. 39.

Наилучшей шихтой являются чистые обрезки листов, про­

ката мелкого и среднего профиля и сутунки. Такая шихта содер­ жит незначительное количество растворенного водорода вслед­ ствие того, что большая часть его удаляется из металла при мно­ гократном нагреве перед ковкой или прокаткой, а также в про-

цессе вылеживания и хранения металла. Смешанная, рядовая

шихта приводит к получению среднего содержания водорода. Наибольшее содержание водорода получается, если шихтой слу­

жит обрезь блумсов или проката крупного сечения. Из крупных сечений растворенный в металле водород в значительной степени не успевает выделиться за время прокатки и переходит в металл следующей плавки. Применение в качестве шихты обрези круп­

ных поковок также вызывает увеличение содержания водорода в металле по расплавлении. На одном из машиностроительных

заводов это привело к увеличению содержания водорода с 4—

5 л'л/100 г до 7—7,5 лы/100 г.

В связи с нехваткой на заводах кусковой шихты уве­ личивается использование стружки. Среди сталеплавильщиков

распространено мнение, что увеличение количества стружки в шихте приводит к повышению содержания водорода по расплав­

лении вследствие усвоения металлом водорода, содержащегося в ржавчине, покрывающей стружку. Исследование этого вопроса показало, что даже при увеличении количества стружки до 40% от веса шихты содержание водорода по расплавлении практиче­ ски не изменяется (рис. 62) . Это можно объяснить тем, что при

введении в печь стружки разложение ржавчины происходит при температуре более низкой, чем температура плавления металла.

Влага, образовавшаяся при разложении ржавчины, уносится с

печными газами и металлом не усваивается.

Увеличение длительности периодов завалки и плавления,

как показано на рис. 63, приводит к получению большего содер­ жания водорода в металле по расплавлении. Такой же резуль­ тат получается при увеличении влажности мазута, применяемого-

для отопления мартеновских печей (рис. 64). Во время завалки и плавления при скрап-процессе металл в печи еще не покрыт

длительность этих периодов необходимо сокращать. При скрап-

рудном процессе периоды завалки и прогрева шихты сравни­ тельно короткие, и после заливки чугуна ванна покрывается тол­ стым слоем шлака, который надежно изолирует в этот период металл от печных газов. Вслед­ ствие этого после расплавления

в металле при скрап-рудном про­

цессе содержится меньше водо­

рода, чем при скрап-процессе.

точек—-количество плавок)

Рис. 64. Зависимость между содер­ жанием влаги в мазуте и содержани­ ем водорода в металле по расплавле­ нии (цифры у точек — количество плавок)

При введении в печь железной руды во время периода дефосфорации и скачивания шлака содержание водорода в ме­ талле обычно понижается, что объясняется снижением скоро­ сти поступления газов в ванну из печной атмосферы вследствие

вспенивания шлака и увеличения толщины шлакового слоя. Поступление кислорода в ванну из руды вызывает бурное выделение окиси углерода, способствующее удалению водорода

146 Дегазация стали

дорода в металле не может быть определенной взаимосвязи.

Это положение подтверждается данными рис. 66, характеризую­

щими изменение содержания водорода в металле и величину средней скорости выгорания углерода в период рудного кипения.

Наводка нового шлака производится смесью извести и бок­ сита или боя шамотного кирпича. Исследования [91] показали, что

Рис. 66. Соотношение между средней скоростью выгорания угле­ рода и изменением содержания водорода в металле в период руд­ ного кипения

при введении в печь боксита даже в прокаленном виде содер­ жание водорода в металле повышается до 1 юг/100 г вследствие высокого содержания влаги в боксите, входящей в его химиче­ ский состав. Поэтому боксит при выплавке качественной стали применять не следует, тем более, что повышение содержания гли­

нозема в шлаке ухудшает его обессеривающие и обесфосфори-

вающие свойства. Вместо боксита используют шамотный бой в

количестве 10—-15% от веса извести. Применяемая для наводки шлака известь должна быть свежеобожженной в кусках раз­

мером 70—120 мм. Применять старую разложившуюся известь при выплавке качественной стали не следует.

Обычно содержание водорода в металле после наводки шла­ ка увеличивается на 0,5—0,8 лл/100 г при применении доброка-

Интенсивность поступления водорода в металл во время ак­ тивного кипения и интенсивность удаления его из металла изме­ няются с увеличением скорости выгорания углерода не одина­ ково, что приводит обычно к возрастанию содержания водорода в металле к концу периода активного кипения. На рис. 68 по­ казано, что с увеличением продолжительности этого периода со­ держание водорода в металле повышается. Следовательно, надо стремиться сокращать период безрудного кипения, но не в ущерб

Рис. 68. Влияние длительности периода чистого ки­ пения на изменение содержания водорода в металле (цифры у точек—количество плавок)

высокой степени нагрева металла. Длительность периода актив­ ного кипения на заводах необходимо устанавливать в соответ­ ствии с термической мощностью печей, их окислительной спо­ собностью, сортаментом выплавляемой стали и принятым ме­ тодом разливки.

Растворимость водорода в жидком металле с повышением температуры увеличивается, поэтому к концу плавки содержа* ние его в металле возрастает. На рис. 69 приведена зависимость

между температурой металла, измеренной термопарой погру­ жения, и содержанием водорода в металле перед раскислением для плавок малоуглеродистой стали, выплавленных в постоян­ ных условиях. Взаимосвязь между изменением температуры ме­ талла и изменением содержания водорода во время плавки уста­

новлена Прохоренко. Эта зависимость, представленная на рис. 70,

показывает, что изменение содержания водорода в металле вызывается колебаниями температуры. Указанное явление имеет место при ведении плавок с одинаковым шлаковым режимом.

Если же вязкость шлака от плавки к плавке колеблется, то на­