Внепечное рафинирование чугуна и стали
  3.5 Основы технологии глубокого обезуглероживания металла с высоким содержанием хрома

Ряд марок коррозионностойкой, жаростойкой и жаропрочной стали содержат хром в количестве 15 – 30%. Выплавку такого металла экономически целесообразно вести с использованием наиболее дешевых марок высокоуглеродистого феррохрома и максимального количества легированных отходов. Однако, углерод в этих сталях обычно является нежелательной примесью. Поэтому возникает необходимость в глубоком обезуглероживании металла, которое не должно сопровождаться значительными потерями хрома.

Качественно оценить необходимые для этого условия можно, сравнив тепловые эффекты реакций окисления растворенных в металле хрома и углерода, а также свойства образующихся при протекании этих реакций оксидов.

Реакции окисления углерода и хрома являются экзотермическими, поэтому с ростом температуры константы равновесия обеих реакций будут уменьшаться. Однако, если в реакциях участвует равное количество кислорода, образование Cr2O3 сопровождается выделением значительно большего количества тепла. Следовательно, при повышении температуры химическое сродство хрома к кислороду уменьшается значительно быстрее. Поэтому для снижения потерь хрома обезуглероживание металла целесообразно вести при высоких температурах.

Существенным отличием рассматриваемых реакций является также то, что реакция окисления углерода протекает с образованием газообразных продуктов. Поэтому при неизменной окисленности металла остаточное содержание углерода в стали уменьшается при понижении парциального давления CO в продуктах реакции, которое может быть достигнуто при обезуглероживании металла в вакууме, а также при продувке металла смесью кислорода с инертным газом. Реакция окисления хрома протекает с образованием конденсированных продуктов. На полноте протекания этой реакции изменение давления над расплавом и продувка металла инертным газом практически не отражаются.

Результаты теоретической оценки влияния температуры и парциального давления CO на отношение концентраций хрома и углерода, при котором они обладают равным химическим сродством к кислороду в стали различного состава, показаны на рис. 3.17.

Влияние температуры и парциального давления СО на соотношение концентраций хрома и углерода в стали, при котором они обладают равным химическим сродством к кислороду

Рис. 3.17. Влияние температуры и парциального давления СО на соотношение концентраций хрома и углерода в стали, при котором они обладают равным химическим сродством к кислороду: 1 – 20% Cr ; 2 – 20% Cr и 10% Ni ; 3 – 10% Cr ; 4 – 10%Cr и 10% Ni

Из рисунка видно, что при и PCO = 100 кПа нагрев металла до 1700оС позволяет проводить обезуглероживание металла без потерь хрома до [%Cr]/[%C] = 100, а при 1850оС – 200. В вакууме или при продувке расплава инертным газом возможная глубина обезуглероживания металла без потерь хрома значительно увеличивается. При PCO = 10 – 1 кПа и температурах около 1700оС можно получать [%Cr]/[%C] > 1000.

С учетом этого производство стали с высоким содержанием хрома обычно организовано следующим образом.

В электропечах с использованием максимального количества легированных отходов и высокоуглеродистого феррохрома выплавляют полупродукт, содержание хрома в котором приближается к верхнему пределу его концентрации, предусмотренному маркой выплавляемой стали.

Обезуглероживание полупродукта выполняют двумя способами. Первый из них предусматривает уменьшение парциального давления СО в продуктах реакции путем обезуглероживания металла продувкой смесью кислорода и аргона. При его использовании полупродукт с содержанием углерода 1,7 – 3,5% переливают в конвертер аргонно-кислородного дутья (AOD-конвертер), где для быстрого повышения температуры металла приблизительно до 1700оС начальный период продувки ведут без использования охладителей. В ходе продувки по мере уменьшения концентрации углерода в металле соотношение расходов аргона и кислорода периодически увеличивают.

Второй способ предусматривает уменьшение парциального давления СО в продуктах реакции путем понижения давления над поверхностью расплава. При его использовании полупродукт с содержанием углерода 0,5 – 1,0% переливают в ковш, который устанавливают на стенде в вакуумной камере. Обезуглероживание металла ведут продувкой кислородом в вакууме.

  3.5 Основы технологии глубокого обезуглероживания металла с высоким содержанием хрома
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ