Электрошлаковый переплав: Учебное пособие (Принцип электрошлакового переплава, технология процесса наплавки слитка, физико-химические процессы при ЭШП, плавление и кристаллизация металла), страница 39

Данные таблицы 8 о приведенных поверхностях реагирования при ЭШП показывают, что окислительно-восстановительные процессы и процессы удаления неметаллических включений должны протекать преимущественно на границах электрод-шлак и ванна-шлак.

7.3 Перенос кислорода через шлак и способы защиты металла от окисления

Зона шлака в электрошлаковом процессе является энергетической и физико-химической базой процесса, в которой осуществляется теплообмен и рафинирование металла. Высокая температура шлака (1700 – 1850 ^оС) и перегрев металла над линией ликвидуса (250 - 400 ^оС) обуславливают металлургическую эффективность процесса, прежде всего окислительно-восстановительные реакции и рафинирование металла от неметаллических включений.

Указанные процессы протекают при тесном взаимодействии шлака с атмосферой и с металлом. Следовательно, их необходимо рассматривать в системе газ-шлак-металл.

В отличие от физико-химических процессов, протекающих в электродуговой сталеплавильной печи, ЭШП характеризуется особенностями, которые обусловлены спецификой самого процесса. К их числу следует отнести отсутствие футеровки, применение фторидных или бесфторидных шлаков с низким содержанием окислов кремния, железа, марганца и других относительно непрочных окислов, сильное развитие поверхностей констатирования переплавляемого металла со шлаком, высокие температуры процесса.

Есть основания полагать, что благодаря большой поверхности и достаточной длительности контакта расплавляемого металла со шлаком достигается максимальная степень приближения к равновесному состоянию. Точнее, при ЭШП может быть достигнуто равновесие между металлом (например, пленкой на торце электрода) и слоем шлака, прилегающего к нему. Указанные обстоятельства, безусловно, будут способствовать протеканию процессов рафинирования от неметаллических включений и газов, десульфурации и удалению легкоплавких примесей. Процессы рафинирования от неметаллических включений и газов, а также десульфурации при ЭШП будут рассмотрены ниже, а относительно легкоплавких примесей можно заметить, что вследствие низкой температуры кипения они могут испаряться из жидкой стали. Опыт ЭШП свидетельствует о значительном удалении легковозгоняемых или легкоиспаряющих элементов, например свинца, олова и др.

Отмеченные особенности электрошлакового процесса создают известные трудности защиты металла от окисления. К числу основных причин окисления металла относятся:

1. Прямой переход кислорода через шлак, в котором имеются окислы переменной валентности; окислы железа, марганца, титана и др. Этот процесс, как известно, наблюдается при наличии свободно кислорода над шлаковой ванной. На границе газа со шлаком происходит химическая адсорбция кислорода О_{2 (газ)} « 2 О_адс., которая сопровождается его ионизацией и окислением катиона железа

.                                                                                                              (47)

Анионы  диффундируют через шлак к металлу. Их диффузия ускоряется конвективными потоками в шлаке. На границе шлак-металл анионы трехвалентного железа восстанавливаются до двухвалентного по реакции

.                                                                                                              (48)

Ионы Fe²⁺ и О^2- частично переходят в металл:

.                                                                                                              (49)