Внепечное рафинирование чугуна и стали
  3.4.1 Основные физико-химические свойства кальция

Основные требования к организации обработки стали кальцием обусловлены физико-химическими свойствами этого реагента. Важнейшие физические свойства кальция и железа представлены для сравнения в табл. 3.1.

Табл. 3.1. Физические свойства кальция и железа

Физические свойства кальция и железа

Анализ приведенных в таблице данных показывает, что плотность кальция значительно меньше плотности жидкого железа и шлака. Поэтому для эффективной обработки стали этим реагентом необходим принудительный ввод его под уровень обрабатываемого металла. Температуры плавления и кипения кальция намного ниже температур внепечной обработки стали. Поэтому, попадая в металл, кальций плавится и испаряется за счет тепла обрабатываемого расплава.

Зависимость давления насыщенного пара кальция от температуры описывается уравнением

где PCa – давление насыщенного пара кальция, Па.

Расчеты по уравнению (3.37) показывают, что при температурах 1590 – 1650оС давление насыщенного пара кальция составляет 0,174 – 0,238 МПа. При этом испарение введенного в металл кальция становится возможным на глубине 1,01 – 1,89 м от поверхности расплава.

Ввиду значительного различия атомных радиусов кальция и железа растворимость кальция в железе и стали очень мала. Экспериментально установлено, что растворимость кальция в сплавах железа подчиняется закону Генри

где PCa – давление пара кальция над расплавом x10–5, Па.

В равновесии с жидким кальцием при 1600°С растворимость кальция в железе обнаружена равной 0,032%. Согласно уравнению (3.37) при этой температуре давление насыщенного пара кальция равно 0,184 МПа. Следовательно, при давлении пара кальция над расплавом 0,1 МПа растворимость его в железе составит 0,017%.

Для количественной оценки растворимости кальция в расплавах сложного состава рекомендовано уравнение

lg[%Ca] = lg0,017 + 0,044[%Ni] + 0,34[%C] + 0,097[%Si] - 0,02[%Cr], (3.39)

из которого следует, что растворимость кальция в сплавах железа увеличивается в присутствии углерода, кремния и никеля и уменьшается при наличии в металле хрома. Расчеты по уравнению (3.39) показывают, что растворимость кальция в большинстве марок углеродистой и низколегированной стали не превышает 0,1%.

Крайне ограниченная растворимость кальция в стали приводит к тому, что основное количество введенного в металл реагента удаляется из расплава в виде капель и пузырей пара, у поверхности которых протекают химические реакции между кальцием и примесями расплава.

  3.4.1 Основные физико-химические свойства кальция
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ