Дегазация стали при продувке инертным газом

При продувке стали инертным газом парциальное давление азота и водорода в пузырьках газа в момент образования их в металле близко к нулю. Поэтому в процессе удаления пузырей из расплава растворенные в стали газы диффундируют в объем пузырей и выносятся ими в атмосферу.

Для приблизительной оценки расхода нейтрального газа для дегазации стали может быть использована формула Геллера

где V_Ar – объем продуваемого через металл аргона, нм³/т; M – относительная молекулярная масса удаляемого газа; P – давление над поверхностью металла x10^–5, Па; K – константа равновесия реакции растворения газа в металле; [C]_н и [C]_к – начальная и конечная концентрации газа в стали, %.

Следует помнить, что при выводе этой зависимости было сделано допущение, согласно которому за время пребывания пузырей аргона в металле между расплавом и газовой фазой достигается состояние термодинамического равновесия. Поэтому формула Геллера позволяет оценить теоретический минимально необходимый расход нейтрального газа для дегазации стали. Если в реальных процессах за время пребывания пузырей аргона в металле состояние термодинамического равновесия между расплавом и газовой фазой не достигается, необходимый для дегазации стали объем нейтрального газа может изменяться только в сторону увеличения.

Результаты проведенного по уравнению (3.5) расчета необходимого для дегазации металла расхода аргона показаны на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Зависимость удельного расхода аргона от начального и конечного содержания водорода в стали. Цифры у кривых – начальное содержание водорода, см³/100 г металла

Анализ приведенных на рисунке данных показывает, что при исходном содержании водорода 4 – 6 см³/100 г для получения в стали остаточного его содержания менее 2 см³/100 г потребуется расход аргона не менее 1,5 – 2 нм³/т. При обработке 100 – 150-т ковшей на УКП продолжительностью до 50 минут удельные расходы аргона обычно не превышают 0,15 – 0,2 нм³/т. Поэтому продувка стали аргоном в открытых ковшах не сопровождается заметной дегазацией металла.

Так как концентрация водорода в стали обычно измеряется десятитысячными долями процента, вторым слагаемым в правой части уравнения (3.5) с достаточной для практических целей точностью можно пренебречь, представив его в виде

Из уравнения (3.6) видно, что необходимый для дегазации стали расход аргона уменьшается по мере понижении давления над поверхностью расплава. Поэтому продувка стали инертным газом в ходе вакуумирования может быть эффективным средством ее дегазации.