Современные процессы рафинирования стали
  2.4.1 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 таблице 2.1.

Таблица 2.1 – 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 требуется 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 (2.13) показывают, что при температурах внепечной обработки стали давление насыщенного пара кальция составляет 0,184 – 0,237 МПа. В этих условиях испарение введенного в металл кальция начинается на глубине 1,17 – 1,93 м от поверхности расплава.

Известно, что высокой взаимной растворимостью обладают элементы, имеющие сходные атомные характеристики. Если атомные радиусы элементов различаются на 30% и более, их взаимная растворимость крайне ограничена. Ввиду значительного различия атомных радиусов кальция и железа растворимость его 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 растворимость кальция в железе при 1600oС обнаружена равной 0,032%. При этой температуре давление насыщенного пара кальция равно 0,182 МПа. Следовательно, при давлении пара кальция над расплавом 0,1 МПа растворимость его в железе составит 0,018%.

Растворимость кальция в сплавах железа увеличивается в присутствии углерода, никеля, кремния и ряда других элементов. Для количественной оценки растворимости кальция в расплавах сложного состава рекомендуется зависимость

Расчеты по уравнению (2.15) показывают, что растворимость кальция в большинстве марок стали также не превышает 0,1%.

Крайне ограниченная растворимость кальция в железе и стали приводит к тому, что основное количество введенного в металл реагента удаляется из расплава в виде пузырей пара, у поверхности которых протекают химические реакции с примесями расплава. Поэтому для эффективной обработки кальций следует вводить в металл на максимально возможную в данных условиях глубину.

  2.4.1 Основные физико-химические свойства кальция
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ