Обработка металла вакуумом

Газовая фаза образуется при протекании реакции окисления углерода, процессов выделения растворенных в металле водорода и азота, а также процессов испарения примесей цветных металлов.

При обработке вакуумом равновесие реакции [С] + [О] = CO сдвигается вправо, кислород реагирует с углеродом, образуя окись углерода.

[О] = рсо/К [C].

Следовательно, обработка стали в вакууме позволяет уменьшить концентрацию кислорода в расплаве пропорционально снижению остаточного давления.

В тех случаях, когда кислород в металле находится в составе оксидных неметаллических включений, снижение давления над расплавом приводит в результате взаимодей­ствия с углеродом к частичному или полному разрушению этих включений по реакции (МеО) + [С] = [Me] + СО_Г.

МnО или Сг₂О₃, восстанавливаются почти нацело; для восстановления более прочных включений, (А1₂О₃ или ТiO₂) требуется очень глубокий вакуум.

Обработка металла вакуумом влияет и на содержание в стали во­дорода и азота. Cодержание водорода в ме­талле определяется при прочих равных условиях давлением водорода в газовой фазе Аналогично для азота.

Таким образом, при обра­ботке металла вакуумом в нем уменьшается содержание растворен­ных кислорода, водорода, азота и содержание оксидных неметалли­ческих включений; в результате выделения большого количества газовых пузырьков металл перемешивается, становится однород­ным, происходит «гомогенизация» расплава.

Способы вакуумной обработки стали: вакуумирование в ковше (с продувкой инертным газом и подогревом), порционное и циркуля­ционное вакуумирование, вакуумирование в процессе разливки.

Продувка металла инертными газами в ковш

Влияние продувки металла и н е р т н ы м и газами на качество металла аналогично обработке вакуумом. Каждый пузырек представляет собой «вакуумную камеру», так как парциальные давления водорода и азота в таком пузырьке равны нулю, поэтому газы, раство­ренные в металле, переходят в пузырь и вместе с ним удаляются в атмосферу. При продувке инертным газом происходит интенсивное перемешивание металла, усреднение его состава; в тех случаях, когда на поверхности металла наведен хороший шлак, перемешивание облегчает протекание процесса ассимиляции таким шлаком НМВ; если этот имеет высокую основность (а также малую окисленность) происходит также десульфурация металла.

Технически операция продувки больших масс металла инертными газами в ковше проще и дешевле, чем обработка вакуумом, поэтому там, где это возможно, продолжительная по времени продувка инертными газами заменяет обработку вакуумом. Во многих случаях продувку металла инертным газом проводят одновременно с обработкой вакуумом, так как вызываемое продувкой энергичное перемешивание металла ускоряет процессы вакуумирования, делает вакуумирование более эффективным.

В про­мышленных условиях применяют три способа продувки металла аргоном: через пористые огнеупорные вставки в днище ковша; через ложный стопор, оканчивающийся огнеупорной пробкой с радиально расположенными отверстиями диаметром 0,5— 1,0 мм; через футерованную фурму, опускаемую в металл сверху.

Таким образом, при продувке металла инертными газами достигают: 1) энергичного перемешивания расплава, облегчения протекания процессов удаления в шлак нежелательных примесей; 2) усреднения состава металла; 3) уменьшения содержания газов в металле (кислорода и водорода); 4) облегчения условий протекания реакции окисления углерода; 5) снижения температуры металла.