Электрошлаковый переплав: Учебное пособие (Принцип электрошлакового переплава, технология процесса наплавки слитка, физико-химические процессы при ЭШП, плавление и кристаллизация металла), страница 44

Парциальное давление азота в газовой фазе  не оказывает существенного влияния на [N]. Между  и [N] наблюдается обратная зависимость, причем изменение  в газовой фазе в пределах 0,020 - 0,125 атм. оказывает более сильное влияние на поведение азота, чем изменение  в пределах 0,08 - 0,83 атм. Надо полагать, что переход азота из шлака в металл зависит от растворимости азота в шлаковом расплаве, которая уменьшается с ростом .

Наибольшее влияние на [N] оказывает состав флюса. Повышению [N] способствует увеличение (Al₂O₃) и снижение (CaO).

Можно указать следующие пути удаления азота:

1) всплывание нитридов;

2) ассимиляция нитридов шлаком;

3) переход растворенного азота из металла в шлак.

7.4.5 Удаление неметаллических включений

Качество металла в значительной мере определяется его загрязненностью неметаллическими включениями. ЭШП создает благоприятные условия для получения чистого металла. Эти возможности определяются следующими факторами:

а) направленной кристаллизацией слитка, которая облегчает всплывание неметаллических включений;

б) интенсивной обработкой расплавленного металла высокоактивным шлаком, который адсорбирует или растворяет неметаллические включения;

в) отсутствием огнеупорной футеровки, исключающей ее взаимодействие с металлом и, следовательно, образование экзогенных неметаллических включений;

г) высокой температурой шлака;

д) отсутствием вторичного окисления металла.

Наиболее вероятным механизмом очистки является экстракция включений из металла шлаком на границе металлическая пленка - шлак на торце переплавляемого электрода. При выходе включений на границу металл-шлак соблюдается условие . Скорость смачивания окислов флюсами очень велика и включения поглощения шлаком. Очистка происходит в тонком слое металла, примыкающем к шлаку и имеющим толщину d, сопоставимую с размерами включений. При этом происходит дробление грубых строчечных включений, имевшихся в металле катаного либо кованого расходуемого электрода, как показано на рисунке 39.

При прохождении капли через шлак происходит дальнейшее протекание процессов, ведущих к очищению металла от включений.

В металлической ванне одновременно с этим может происходить всплывание имевшихся и вновь образующихся включений по мере их укрупнения. Скорость всплывания включений шарообразной формы, находящихся в жидкой стали, в первом приближении описывается известной формулой Стокса

, см/с.

где       V - скорость всплывания включения, см/с;

            g - ускорение силы тяжести, равное 981 см/с;

h - динамическая вязкость, г/(см×с);

            r - радиус включения, см;

g _м , g _вкл - соответственно плотность металла и включения, г/см³.

1 – включение в металле электрода; 2 – электрод; 3 – пленка жидкого металла; 4 – включения в пленке и формирующейся капле

Рисунок 39 – Дробление грубых строчечных неметаллических включений, имевшихся в металле электрода, при оплавлении в шлаке его конца и стекании (стрелки) пленки жидкого металла

Если принять h = 0,023 г/см³ для углеродистой стали, g _м =7,16 г/см³, = 2,2 г/см³, =3,8 г/см³ и , то получим кривые зависимости от и размера (рисунок 40). Из этого рисунка и данных [2] следует, что в реальных условиях ЭШП возможно всплывание включений с диаметром более 10 -15 мкм.

Рисунок 40 – График зависимости между размерами неметаллических включений и скоростью их всплывания (заштрихован диапазон скоростей наплавления слитка, характерных для ЭШП)

Решающим фактором в удалении неметаллических включений является направление роста кристаллов слитка. При осевой кристаллизации возможность всплывания и удаления неметаллических включений из металлической ванны облегчается.

Следовательно, с целью максимального очищения металла от неметаллических включений необходимо стремиться к осевой или радиально-осевой кристаллизации. Однако не следует забывать о скорости наплавления электрошлакового слитка, так как удаление неметаллических включений будет более эффективным при минимальном значении скорости наплавления слитка (см. рисунок 40).