» » Поведение водорода и азота в стали при плавке ее в основных и кислых электропечах
25.12.2014

С целью разработки эффективных мероприятий по уменьшению содержания газов в стали был проведен ряд исследований по изучению поведения водорода и азота при выплавке шарикоподшипниковых, хромистых, хромоникелевых, хромоалюминиевых конструкционных марок и трансформаторной стали в основных дуговых электропечах емкостью 25—60 т.
При кислом процессе в 5-m дуговых печах изучалось изменение содержания водорода и азота и степени, раскисленности металла по. ходу плавки стали 15Л и влияния содержания газов на «ситовидность» и пластические свойства металла отливок.
На рис. 1 представлена динамика изменения содержания азота и водорода по ходу плавки различных марок сталей в основных и кислых печах.
Поведение водорода и азота в стали при плавке ее в основных и кислых электропечах

Из приведенных данных видно, что закономерности изменения содержания водорода и азота в металле при электроплавке для всех марок стали остаются общими: в процессе плавления содержание газов, как правило, возрастает, за время окислительного периода при интенсивном кипе содержание водорода и азота уменьшается, а за время рафинировки — возрастает. В процессе рафинировки изменение содержания водорода и азота зависит от парциального давления этих газов в атмосфере печи. При высоком парциальном давлении газов содержание водорода и азота в металле растет, а при низком — уменьшается.
При легировании стали кремнием (на трансформаторной) и алюминием (на хромоалюминиевых) содержание азота понижается за счет уменьшения его растворимости.
Выплавка под кислым или шамотным шлаками позволяет получать сталь с меньшим содержанием водорода. Так, на пяти плавках стали 35ХЮА, выплавленных на «самородных» (шамотных) шлаках без дачи извести в период расплавления и раскисления, содержание водорода колебалось от 3 до 4,88 мл/100 г, в то время как на параллельно проведенных 30 плавках этой стали на известковых шлаках содержание водорода составляло от 5,3 до 11,1 мл/100 г.
Поэтому выплавку сталей на шихте с низким содержанием серы и фосфора для уменьшения содержания водорода в металле следует проводить под шамотными шлаками.
Поведение водорода и азота в стали при плавке ее в основных и кислых электропечах

Как показали экспериментальные исследования (рис. 2, в), содержание водорода в металле в процессе всей плавки в дуговой печи определяется парциальным давлением водорода и водяных паров в атмосфере печи.
Величина РН2+Н2О печной атмосферы зависит, во-первых, от влажности задаваемых в печь в процессе плавки извести, руды, других шлакообразующих и раскислителей (рис. 2, а) и, во-вторых, от абсолютной влажности атмосферного воздуха, который в процессе электроплавки засасывается • печь через рабочее окно и другие неплотности и таким образом определяет Рн2+н2о печной атмосферы (рис. 2, б).
Примерно 50 % водорода вносится в сталь с известью и другими шлакообразующими материалами, остальная часть — за счет влаги засасываемого в печь воздуха.
В летние жаркие дни для южных районов России абсолютная влажность воздуха колеблется в пределах 15—30 млб и выше, в зимние же морозные дни — около 1—5 млб. В соответствии с этим изменяется и РН2+Н2О печной атмосферы и содержание водорода в выплавляемой стали (рис. 3).
Поведение водорода и азота в стали при плавке ее в основных и кислых электропечах

С целью получения металла в процессе выплавки с низким содержанием водорода в течение всего года и ликвидации влияния влажности воздуха на рослость слитков и на брак по трещинам и волосовинам при выплавке трансформаторной стали было предложено:
а) на расплавлении, в процессе кипа и продувки металла кислородом давать в печь частично взамен извести известняк, который, разлагаясь, выделяет CO2, за счет чего создается положительное давление в печи, уменьшается подсос влажного воздуха в печь и понижается РН2+Н2О печной атмосферы;
б) уменьшить подсос воздуха в печь за счет создания на рабочем окне печи воздушной завесы из компрессорного воздуха с влажностью менее б мм рт. ст.
Этими мероприятиями удалось в два-три раза понизить РН2+Н2О печной атмосферы (рис. 2, б) и снизить содержание водорода в стали на 1—2 лм/100 г.
На опытных плавках трансформаторной стали с применением известняка и воздушной завесы было получено снижение содержания азота в атмосфере печи и в металле (табл. 1).
Поведение водорода и азота в стали при плавке ее в основных и кислых электропечах

Имеющиеся в литературе противоположные данные, например, отрицающие влияние скорости выгорания углерода на дегазацию металла, объясняются тем, что авторы в своих исследованиях не учитывали влияния скорости поглощения газов при кипении, зависящей от величины парциального давления газов в атмосфере печи и исходного содержания газов в металле.
Представленные на рис. 4 данные показывают, что при выплавке все) марок сталей повышение скорости выгорания углерода при низких парциальных давлениях газов в атмосфере печи позволяет значительно дегазировать металл за время окислительного периода.
При низких скоростях выгорания углерода и «вялом», затяжном кипе металл не дегазируется, а дополнительно насыщается газами (табл. 2).
Из табл. 2 видно, что группа плавок стали Л15 с повышенным количеством выгоревшего углерода в периоде кипа имеет меньшее содержание газов и, как следствие, повышенные механические свойства.
Поведение водорода и азота в стали при плавке ее в основных и кислых электропечах