§7. Внепечная обработка и производство высокохромистых сталей и сплавов

Во всем мире непрерывно растет производство высокохромистых сталей и сплавов, прежде всего – коррозионностойкой стали. Наиболее распространенный состав такой стали: 18 % Сг, 8–9 % Ni и низкое содержание углерода. Обеспечить низкое содержание углерода трудно, так как в обычных условиях одновременно с углеродом окисляется хром, образуются оксиды хрома. Как окислить до низких пределов углерод, не окисляя хром? Как сделать так, чтобы содержащийся в стали углерод восстанавливал хром из шлака? Из рис. 197 видно, что для этого нужно иметь или очень высокие температуры, или снизить парциальное давление СО р

в газовой фазе

^1С'^]2 ■ "со (Сг₂О₃) + 3[С] = 2[Сг] + ЗСО_Г; К = ;

(Сг₂О₃) ' [С]³ К(Сг₂О₃)[С]³

[Сг]²=

^рсо

Низкие значения р при продувке металла кислородом обеспечиваются при вакуум-кислородной или аргонокислородной обработке стали. В настоящее время такого типа стали получают методами VOD, RH-OB, VODC и, особенно, AOD-процессом. В процессе продувки состав смеси изменяют, уменьшая расход кислорода и увеличивая расход аргона. Таким образом обеспечивают получение сплавов с очень низ-

Рис 197 Равновесные соотношения в системе Fe–С–Сг–О

ким содержанием углерода и без заметных потерь хрома. Метод аргонокислородной продувки не позволяет получать таких особо низких концентраций углерода, как способ вакуум-кислородного обезуглероживания, степень использования хрома при аргонокислородной продувке несколько ниже. Однако способ аргонокислородной продувки позволяет на более простых агрегатах получать более высокую производительность, поэтому получил широкое распространение.

§8. Обработка стали шлаками

В тех случаях, когда основную роль в удалении примеси выполняет шлаковая фаза, скорость процесса пропорциональна величине межфазной поверхности шлак–металл, интенсивности и продолжительности перемешивания металла и шлака. На практике используют ряд технологий. Одна из них – использование высокоосновного и малоокисленного конечного шлака электроплавки. Если при этом в электропечи расплавить лигатуру и смешать ее (вместе с таким шлаком) с металлом, выплавленном в конвертере или мартеновской печи, получается так называемый "совмещенный" процесс (рис. 198). Падая с большой высоты в ковш, струя металла энергично премешивается с лигатурой и высокоосновным, раскисленным шлаком, происходит раскисление, легирование и десульфурация стали.

Во многих случаях в электропечах просто расплавляют один шлак (основные составляющие СаО и А1₂О₃) и этим шлаком обрабатывают сталь, выплавленнную в конвертере, мартеновской или электропечи. Операция называется "обработка металла синтетическим шлаком" (СШ). Такой метод обработки металла был предложен в 1925–1927 гг. нашим соотечественником инж. А.С.Точинским.

В тех случаях, когда по условиям производства нет возможности разместить оборудование для расплавления синтетического шлака, используют метод обработки металла твердыми шлаковыми смесями (ТШС). Обычно в состав таких смесей входят СаО, CaF₂, алюминиевая стружка и т.п. Эффективность использования ТШС, естественно, ниже, чем жидких

В соответствии с требованиями экологии масштабы использования фтор-содержащих материалов сокращаются

619

Рис. 198. Схема совмещенного процесса раскисления, легирования и рафинирования стали

СШ. Основное требование к составам ТШС и СШ – минимум оксидов железа (для обеспечения максимального обессеривающего эффекта).

При обработке металла синтетическим шлаком такого состава (высокая основность и низкая окисленность) протекают следующие процессы:

1. Десульфурация. Обычно после обработки шлаком содер жание серы в металле снижается до 0,002–0,010 %.

2. Раскисление. В соответствии с законом распределения WeoAo] ^и "|оГ>.оД Поскольку в синте- тическом шлаке значение а ничтожно мало, окислен ность металла снижается (в полтора–два раза).

3. Удаления неметаллических включений. В тех случаях, когда межфазное натяжение на границе капля синтетического шлака – неметаллическое включение <*_с.ш-вкл меньше, чем межфазное натяжение на границе металл – неметаллическое включение <г_м__вкл, т.е. при б_сш__вкл < (У_м__вкл, капли син тетического шлака будут рафинировать металл от включений (капли шлака, всплывая, уносят неметаллические включе ния). Соотношение между величинами о"_сш__вкл ^и °"м-вкл ^за~ висит от состава включений. Практика показала, что общее содержание неметаллических включений после обработки син тетическим шлаком уменьшается примерно в два раза. При проведении операции обработки металла шлаком приходится учитывать нежелательность попадания в ковш, в котором производится обработка, вместе с металлом также и шлака из печи или из конвертера.

620