SPR / Лекция_2

42

Рисунок 2.11 – Процессы при растворении силикокальция в железе при 1600оС

сятся как 17 : 1.

Таким образом, характер взаимодействия кальция с расплавом при вводе в низкоуглеродистую сталь металлического кальция, силикокальция и карбида кальция существенно не различается. Опыт показывает, что в большинстве случаев результаты обработки определяются общим количеством введенного в

металл кальция и практически не зависят от того, в каком виде он подан в ме-

талл.

43

2.4.3Основные требования к организации десульфурации стали кальцием

Результаты термодинамического анализа показывают, что химическое сродство кальция по отношению к растворенному в металле кислороду значи-

тельно выше, чем к сере при любых возможных значениях активности серы в стали. Поэтому для эффективной десульфурации металла необходимо глубокое его раскисление и устранение всех возможных источников поступления кисло-

рода в расплав. Для этого рекомендуется использовать следующие мероприя-

тия.

При выпуске стали из сталеплавильного агрегата необходимо с максимально возможной полнотой отделить от металла окислительный печной шлак и навести в ковше новый шлак высокой основности с минимальным содержанием оксидов же-

леза. Чтобы избежать оголения поверхности металла при бурлении во время обра-

ботки количество ковшевого шлака должно быть не менее 10 – 12 кг/т стали.

Перед десульфурацией сталь должна быть глубоко раскислена. Обычно с этой целью ее рекомендуют обрабатывать алюминием, остаточное содержание которого должно быть не менее 0,02%.

При инжектировании порошкообразных сплавов и соединений кальция в расплав через погружаемые в металл фурмы в качестве транспортирующего га-

за должен использоваться аргон.

При необходимости глубокой десульфурации стали рекомендуется также отказаться от использования сталеразливочных ковшей с шамотной футеров-

кой, заменив ее высокоглиноземистой, магнезитовой или доломитовой футе-

ровкой. При использовании ковшей с высокоглиноземистой и магнезитовой футеровкой степень использования кальция для десульфурации стали соответ-

ственно в 1,6 и 2 раза выше, чем при обработке в ковшах с шамотной футеров-

кой.

Чтобы избежать повышения окислености металла и шлака при взаимо-

действии с кислородом воздуха и для создания над поверхностью металла ат-

44

мосферы с низким окислительным потенциалом ковш на период обработки це-

лесообразно накрывать крышкой.

2.4.4Модифицирование неметаллических включений при обработке стали кальцием

В настоящее время для раскисления стали широко используется алюми-

ний. При содержании алюминия 0,02% и более оксидные неметаллические включения в раскисленной алюминием стали обычно представлены глинозе-

мом, а сульфидные – сульфидами марганца II и III типов по классификации Симса.

Оседание включений глинозема на стенках сталеразливочных стаканов приводит к их затягиванию, что затрудняет разливку металла на МНЛЗ.

При горячей прокатке хрупкое разрушение включений глинозема и де-

формация сульфидов марганца приводит к появлению дефекта, называемого анизотропией механических характеристик стали.

Если после ввода алюминия сталь дополнительно обрабатывают кальци-

ем, он частично замещает алюминий в составе неметаллических включений.

При этом образуются алюминаты кальция, температура плавления которых при содержании CaO 40 – 60% не превышает 1600оС (рисунок 2.12). Поэтому лег-

коплавкие алюминаты кальция обычно присутствуют в металле в виде мелких включений, форма которых близка к сферической. На поверхности алюминатов кальция могут наблюдаться сульфидные оболочки.

Включения такого состава не затягивают сталеразливочные стаканы. При горячей прокатке алюминаты кальция практически не деформируются, что спо-

собствует получению изотропного металла.

Известно, что легкоплавкие алюминаты кальция могут быть получены только при определенных соотношениях концентраций серы, алюминия и каль-

ция в металле. На рисунке 2.13 приведены результаты расчета концентраций алюминия, кальция и серы в железе в равновесии с алюминатами и сульфидами

46

кальция. На основании расчетных данных, а также полученных производствен-

ных результатов рекомендовано следующее уравнение для определения расхо-

да кальция на обработку

Q = ( 0,01442[S] + 0,00686[Al] + 0,000012T − 0,01675 )G , (2.17)

β

где Q – количество кальция, которое необходимо ввести в жидкую сталь, что-

бы обеспечить образование жидких алюминатов и предотвратить образование

CaS при внепечной обработке металла, кг; [S] – содержание серы в металле перед обработкой, %; [Al] – содержание алюминия в металле перед обработ-

кой, %; T – температура металла во время обработки, оС; G – масса обрабаты-

ваемого металла, кг; β – степень усвоения кальция, рассчитанная по результа-

там анализа пробы металла, отобранной через 3 минуты после обработки, %.

2.5 Определение активности кислорода и содержания серы

вметалле методом электродвижущих сил

Внастоящее время в промышленных условиях используются электрохи-

мические датчики окисленности металла, которые позволяют измерять актив-

ность растворенного в металле кислорода методом электродвижущих сил

(ЭДС). Схема способа определения активности кислорода в расплаве методом ЭДС показана на рисунке 2.14.

Основу датчика составляет колпачок из твердого электролита, в качестве которого чаще других используется ZrO2 стабилизированная небольшими до-

бавками CaO и MgO. Внутри колпачка находится электрод сравнения, в качест-

ве которого обычно используют смеси Mo с MoO2 или Cr с Cr2O3. После погру-

жения датчика в металл между контактирующим с расплавом железным элек-

тродом и электродом сравнения возникает ЭДС, величина которой (Е) связана с величинами равновесных парциальных давлений кислорода в электроде срав-

нения и над металлом соотношением

47

Рисунок 2.14 – Схема датчика для определения активности кислорода в металле методом ЭДС

можно рассчитать активность растворенного в металле кислорода.

Метод ЭДС применяется также для определения содержания серы в ме-

талле. С этой целью поверхность колпачка покрывается слоем оксида металла.

После погружения датчика в металл у его поверхности протекает реакция

При этом датчик измеряет активность кислорода в металле, величина которой определяется содержанием в металле серы.