4. Розкрийте сутність основних масообмінних процесів які відбуваються при вторинному окислені металу під час його розливання?

При разливке стали происходит соприкосновение жидкого метала с окружающей атмосферой, что вызывает массообменные процессы в зонах контакта. А именно переход компонентов воздуха из области более высокой концентрации в область более низкой концентрации в жидком металле. Интенсивность сложного физико-химического процесса складывается из двух главных процессов: подвода к реагирующей поверхности вещества и отвода от нее продуктов реакции. Эти процессы могут происходить в спокойном состоянии расплава металла или при его вынужденном движении вдоль поверхности твердой фазы или границы раздела жидких фаз, жидкой фазы – воздух.

Процесс перехода газа из газовой фазы в расплавленный металл – многостадийный. При поглощении сталью из воздуха кислорода, азота и водорода определяющим является адсорбционно-кинетическое звено. Оно включает массоперенос газа из его объема к поверхности металла, адсорбцию газовых молекул и диссоциацию их на атомы на поверхности жидкого металла с накоплением атомов газа в поверхностном слое металла. При этом количество поглощенного газа описывается законом квадратного корня Сивертса. Диффузное звено включает диффузию атомов газа в тонком слое жидкого металла и массоперенос их в объеме расплавленного металла с образованием растворов или химических соединений. Этот процесс определяется константой скорости массопереноса и разностью концентраций газа в поверхностном слое и в объеме металла. При наличии в стали элементов, имеющих повышенное сродство к кислороду и азоту, а также увеличивающих растворимость кислорода, количество поглощаемого газа за время взаимодействия с воздухом увеличивается.

В процессе разливки стали, особый интерес представляет изучение путей попадания кислорода в жидкий металл, содержание которого в металле может достигнуть 0,005-0,020% при разливке открытой струей, что вызывает вторичное окисление металла.

Кислород попадает в металл в результате инжектирования окружающей атмосферы во внутрь жидкости. Схема этого процесса показана на рис.5.2.

Такими способами могут быть: заполнение промежуточного ковша через огнеупорные проводки, разливка «под уровень», применение теплоизолирующих покрытий, создание инертной или восстановительной атмосферы вокруг струи и в полости кристаллизатора (изложницы). Наиболее полная защита металла от вторичного окисления при разливке – это разливка металла в вакууме.

6. Охарактеризуйте можливі механізми руйнування вогнетривів

Футеровка промковша работает в чрезвычайно сложных условиях, поскольку ее рабочий слой непрерывно контактирует с жидкой сталью в течение 10-25 часов и более. После окончания разливки футеровка охлаждается вместе с остатком металла, который затем удаляется из промковша. Соответственно многократно используемая часть футеровки подвергается дополнительным нагрузкам, связанным с циклическим изменением температуры и механическими воздействиями (при удалении остатка).

Следовательно промежуточный ковш, как емкость, вмещающую жидкую сталь, необходимо футеровать определенными видами огнеупоров, учитывающими специфику их эксплуатации.

Основными зонами повышенного износа рабочего слоя футеровки промковша являются зона шлакового пояса и днище в области падения струи из сталеразливочного ковша. Износ рабочего слоя футеровки промковша в шлаковом поясе, как правило, обусловливается агрессивностью покровной теплоизолирующей смеси по отношению магнезитовому торкрет-слою.

В настоящее время в зарубежной и отечественной практике широко применяется высокоэффективное теплоизолирующее покрытие на основе золы рисовой шелухи, содержащее свыше 90% SiO₂. Это обеспечивает стабильность разливки стали длинными сериями при минимальном износе футеровки промковша в зоне шлакового пояса.