Обезуглероживание металла при продувке инертным газом

При продувке стали инертным газом парциальное давление оксида углерода в образующихся в металле пузырях приближается к нулю. Поэтому продувка стали инертным газом может сопровождаться обезуглероживанием расплава в результате реакции между растворенными в металле углеродом и кислородом у поверхности всплывающих в расплаве пузырей.

Для оценки расхода аргона, который необходим для обезуглероживания стали при продувке без поступления в расплав дополнительного количества кислорода, рекомендуют пользоваться уравнением

где [C]_н и [C]_к – начальное и конечное содержание углерода в стали, %; [O]_н – начальная концентрация кислорода в расплаве, %; m = 0,0025 – произведение равновесных концентраций углерода и кислорода в металле. Остальные обозначения в уравнении (3.7) соответствуют использованным в уравнении (3.5).

Расчеты по уравнению (3.7) показывают, что при продувке раскисленной стали при атмосферном давлении заметное обезуглероживание металла возможно только при очень больших расходах инертного газа. Например, при обработке раскисленной кремнием стали с исходным содержанием кислорода 0,01% для понижения концентрации углерода с 0,08 до 0,07% расход аргона должен составлять 2,26 нм³/т. Поэтому при продувке раскисленной стали в открытых ковшах изменения концентрации углерода в металле не наблюдается.

Обезуглероживание нераскисленной стали за счет растворенного в металле кислорода продувкой инертным газом при атмосферном давлении также требует больших удельных расходов аргона. Результаты расчетов по уравнению (3.7), выполненных для условий P = 0,1 МПа и m = 0,0025, представлены на рис. 3.4. В ходе вычислений значения начального содержания кислорода в стали задавались, исходя из известных соотношений между концентрациями углерода и кислорода в металле в конце окислительного рафинирования.

Из рисунка видно, что в этих условиях глубокое обезуглероживание металла может быть достигнуто только при больших расходах инертного газа и низком начальном содержании углерода. Например, при начальном содержании углерода 0,04% расход аргона, который потребуется для получения конечного его содержания 0,01%, составляет около 2 нм³/т. Для получения конечного содержания углерода 0,002% расход инертного газа должен составлять свыше 10 нм³/т. Такие высокие расходы аргона экономически не оправданы. Поэтому обезуглероживание металла продувкой инертным газом при атмосферном давлении без поступления в расплав дополнительного количества кислорода обычно не используют.

Из уравнения (3.7) видно, что расход аргона для обезуглероживания стали пропорционален величине давления над поверхностью обрабатываемого металла. При продувке стали в вакууме необходимый для обезуглероживания расход аргона резко уменьшается. Поэтому интенсивная продувка нераскисленной стали аргоном в вакууме является эффективным средством повышения скорости обезуглероживания металла.

Снижению удельного расхода аргона для обезуглероживания металла способствует также повышение его окисленности путем подачи в расплав твердого или газообразного окислителя.

Рис. 3.4. Зависимость удельного расхода аргона от начального и конечного содержания углерода в нераскисленной стали при продувке металла без доступа кислорода при 1600^оС. Цифры у кривых – начальное содержание углерода в металле, %