» » Очистка металла в движущихся каплях от примесей и неметаллических включений
18.12.2014

Электрокапиллярное движение капель стали ШХ-15 в известково-глиноземистом шлаке изучали для понижения в ней вредных примесей и неметаллических включений. Статистической обработкой авторы установили, что скорость электрокапиллярных движений описывается уравнением
Очистка металла в движущихся каплях от примесей и неметаллических включений

Рафинирование стали от серы при перемещении капель изучалось в двух шлаках. Первый из них, содержащий (в мас.%) 30 CaO, 38 Al2O3, 6MgO, 6SiO2 и 0,4FeO, рекомендован для рафинирования стали в ковше, а второй содержал (мас.%) 40 СаО, 20 Al2O3 и 40 SiO2.
Оказалось, что в опытах с первым шлаком скорость десульфурации лимитировалась диффузией в металлической фазе, а во втором — диффузией в металле и шлаке одновременно. Меньшая скорость десульфурации во второй серии опытов объясняется тем, что для первого шлака коэффициент распределения значительно больше, чем для второго. Авторы полагают, что очистка капель от серы осуществляется за счет конвекции, вызываемой только электрокапиллярным движением их поверхности, а свободное осаждение не влияет на скорость конвективных потоков.
Очистка сталей ЭИ-763 и ШХ-15 от неметаллических включений с помощью электрокапиллярных движений изучалась в работе. Авторы сопоставляли степень удаления неметаллических включений в каплях металла, выдержанных под слоем шлака в неподвижном положении, и в каплях, прошедших определенный путь S при наложении постоянного тока. С увеличением пройденного пути количество включений понижается по затухающему закону. Показано также, что, чем больше включений находится в исходном металле, тем сильнее очистка. При анализе механизма удаления включений авторы исходили из следующих положений. Они допустили, что капли в объеме шлака распределены равномерно, а доставка включений в поверхностный слой происходит, как отмечалось ранее, благодаря вихреобразным потокам внутри движущейся капли. Возможные встречи частиц не приводят к их коагуляции, так как основная масса включений представляет собой твердые частицы на основе Al2O3. Все попадания на границу металла со шлаком задерживаются на ней. Проконтактировавший со шлаком и очищенный от включений слой стали вихреобразными потоками вовлекается внутрь капли и перемешивается с исходным металлом, в результате чего загрязненность его снижается. Исходя из этих предположений, авторы вывели зависимость
Очистка металла в движущихся каплях от примесей и неметаллических включений

в которой K = n/V — концентрация включений, равная их количеству в объеме металла в начале (K0) и в конце (К) рассматриваемого периода; δ — толщина очищающегося слоя, равного размеру включений; r — радиус капли; S — путь, проходимый каплей. Из этого уравнения следует, что с ростом радиуса капли К становится ближе к K0, т. е. очистка ухудшается, крупные включения извлекаются быстрее, потому что, чем больше б, тем толще слой очистившегося металла.
Закономерности движения в зависимости от напряженности электрического поля изучены на каплях ферротитана, ферровольфрама, ферромолибдена, а также на каплях меди и свинца. Во всех этих работах отмечается повышение интенсивности обменных взаимодействий между металлом и шлаком при наложении электрического поля на шлаковую фазу, в которой движется металлическая капля.