Диффузионное раскисление стали
В случае диффузионного раскисления металл выдерживают под жидкоподвижным раскисленным шлаком. При этом по мере приближения системы к состоянию термодинамического равновесия концентрация кислорода в стали уменьшается, приближаясь к равновесной со шлаком. Этот процесс протекает за счет диффузии кислорода из металла в шлак.
Раскислительная способность шлака по отношению к металлу определяется следующими основными факторами: активностью оксидов железа в шлаке; химическим составом шлака; температурой, которая определяет величину коэффициента распределения кислорода между шлаком и металлом; фактическим содержанием кислорода в стали.
Величина активности оксидов железа в шлаке при неизменной его концентрации может меняться в широких пределах в зависимости от содержания в шлаке основных и кислотных оксидов. При повышении температуры величина коэффициента распределения кислорода между шлаком и металлом уменьшается. Поэтому повышение температуры приводит при прочих равных условиях к росту окислительной способности шлака.
В общем случае процесс диффузионного рафинирования металла складывается из следующих этапов: массоперенос примеси внутри расплава металла; адсорбционнокинетическое звено, имеющее место на поверхности контакта металла и извлекающей фазы; массоперенос извлекаемой примеси в шлаке.
При уменьшении концентрации оксида железа в шлаке можно достичь довольно низкой равновесной концентрации растворенного в стали кислорода. Расчеты показывают, что при температуре системы 1560 oС рафинировочный шлак состава CaO – Al2O3 – CaF2 с содержанием оксида железа менее 1,5 % обеспечивает равновесное содержание кислорода в металле ниже 0,0020%.
Преимущество диффузионного раскисления перед осаждающим состоит в том, что продукты раскисления не загрязняют металл. Однако реализация такого способа требует дополнительного расхода шлакообразующих материалов, энергии и приводит к существенному увеличению продолжительности рафинирования стали.