Внепечное рафинирование чугуна и стали
  3.4.2 Процессы при растворении в стали сплавов и химических соединений кальция

В связи с высокой химической активностью металлического кальция по отношению к кислороду, азоту, углекислому газу и атмосферной влаге для ввода кальция в металл часто используются его сплавы и химические соединения (силикокальций, карбид кальция и др.). Поэтому целесообразно рассмотреть процессы, протекающие при растворении в железе сплавов и соединений кальция.

Данные о влиянии углерода на растворимость кальция в железе при 1600оС представлены на рис. 3.12. Из рисунка видно, что растворимость кальция в железе увеличивается при повышении содержания углерода до 0,8 – 0,9%. Дальнейшее увеличение концентрации углерода сопровождается резким уменьшением растворимости кальция, которое объясняется началом протекания реакции образования карбида кальция.

Химическая устойчивость карбида кальция в высокоуглеродистых расплавах является причиной принципиального различия в механизме реакций, протекающих при обработке карбидом кальция чугуна и низкоуглеродистой стали. В низкоуглеродистом металле карбид кальция термодинамически неустойчив и диссоциирует по реакции

[CaC2 = {Ca} + 2 [C]. (3.40)

При обработке чугуна карбид кальция является устойчивым химическим соединением и реакции рафинирования протекают с участием твердых частиц карбида.

Влияние углерода на растворимость кальция в железе

Рис. 3.12. Влияние углерода на растворимость кальция в железе при 1600оС

Характер процессов, протекающих при растворении силикокальция в железе, поясняется рис. 3.13. Расположенная в нижней части рисунка диаграмма системы Fe-Si-Ca поясняет изменение химического состава сплава при растворении силикокальция в железе. В верхней части рисунка приведены данные о величине равновесного парциального давления пара кальция над расплавами различного состава.

Растворение силикокальция сопровождается увеличением содержания железа в сплаве. При этом его химический состав изменяется вдоль пунктирной прямой на рис. 3.13. В точке r система расслаивается на две несмешивающиеся жидкости. В ходе дальнейшего растворения одна из них обогащается кальцием, при этом ее химический состав изменяется вдоль линии r-s2-0 диаграммы. Содержание кальция во второй жидкости уменьшается, а ее химический состав изменяется вдоль линии r-k-s-s1-0. При этом давление насыщенного пара кальция над богатым кальцием сплавом быстро увеличивается и начинается его испарение. Расчеты показывают, что при растворении силикокальция в железе отношение количества кальция, которое переходит в парообразное состояние, к количеству реагента, которое растворяется в металле, составляет 17:1.

Процессы при растворении силикокальция в железе

Рис. 3.13. Процессы при растворении силикокальция в железе при 1600оС

Таким образом, при обработке низкоуглеродистой стали металлическим кальцием, силикокальцием и карбидом кальция основное количество введенного в металл кальция переходит в парообразное состояние. Поэтому результаты обработки определяются общим количеством введенного в металл кальция и практически не зависят от того, в каком виде он был подан в металл.

  3.4.2 Процессы при растворении в стали сплавов и химических соединений кальция
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ