Теоретические основы металлургического производства
  16.4 Основы технологии глубокого обезуглероживания металла с высоким содержанием хрома

Ряд марок нержавеющей, жаростойкой и коррозионностойкой стали содержат хром в количестве 15 – 30%. Выплавку такого металла экономически целесообразно вести с использованием наиболее дешевых марок высокоуглеродистого феррохрома и легированных отходов. Однако, в таких сталях углерод обычно является нежелательной примесью. Поэтому возникает необходимость в глубоком обезуглероживании металла без окисления растворенного в нем хрома.

Качественно оценить необходимые для этого условия можно, сравнив тепловые эффекты реакций окисления хрома и углерода, а также свойства образующихся 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. Из этого следует, что при повышении температуры термодинамическая устойчивость Cr2O3 уменьшается значительно быстрее, чем CO. Поэтому для снижения потерь хрома обезуглероживание расплава целесообразно вести при высоких температурах.

Существенным отличием рассматриваемых реакций является также то, что продуктом реакции окисления углерода является газообразное вещество. Поэтому протеканию реакции в направлении окисления углерода способствует уменьшение парциального давления CO в продуктах взаимодействия. Этого можно достичь при обезуглероживании металла в вакууме, а также при продувке металла инертным газом или смесью инертного газа и кислорода.

Результаты расчета [Cr]/[C], при которых термодинамическая вероятность обеих реакций одинакова, от температуры, парциального давления CO и состава металла показана на рисунке 16.2.

Из рисунка видно, что в открытых сталеплавильных агрегатах (PCO = 1 атм.) нагрев металла до 1700оС позволяет получать [Cr]/[C] = 100, а при 1850оС – до 200.

В вакууме или при продувке металла инертным газом эффективность обезуглероживания значительно увеличивается. Достигаемые при этом результаты обычно соответствуют значениям PCO = 0,1 – 0,01 атм. Это позволяет при температурах около 1700оС получать [Cr]/[C] > 1000.

Равновесные значения [Cr]/[C] в расплавах на основе железа различного состава

1 – 20% Cr; 2 – 20% Cr и 10% Ni; 3 – 10% Cr; 4 – 10% Cr и 10% Ni

Рисунок 16.2 – Равновесные значения [Cr]/[C] в расплавах на основе железа различного состава

С учетом этого производство стали обычно организовано следующим образом. В электродуговых печах с использованием максимального количества легированных отходов и высокоуглеродистого феррохрома выплавляют полупродукт, содержание легирующих элементов в котором близко к марочному. Полученный расплав переливают в конвертер, в котором для быстрого повышения температуры продувку ведут без подачи охладителей. Обезуглероживание при атмосферном давлении ведут до достижения [Cr]/[C] = 100. Дальнейшее обезуглероживание металла проводят в вакууме или в АОД-конвертерах.

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

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ