Практикум по выполнению домашних заданий по курсу «Современные проблемы металлургии и материаловедения», страница 8

Таким образом, проводить глубокое обезуглероживание высокохромистого полупродукта при относительно низкой температуре (1627 °С) в открытом агрегате (ДСП, конвертер) нецелесообразно, так как это сопровождается большим угаром хрома. Для получения низких концентраций углерода в высокохромистых сталях необходимо снижать парциальное давление СО. Для этого можно использовать либо физический вакуум (VOD), либо «химический» вакуум – разбавление СО инертным газом – аргоном

Использование аргона получило широкое распространение при производстве коррозионностойкой стали в конвертерах AOD (Argon Oxygen Decarburization). Вдуваемый в расплав снизу аргон в смеси с кислородом понижает парциальное давление образующегося СО и, тем самым, способствует получению низких концентраций углерода. В этом случае парциальное давление монооксида углерода равно

,                                            (2.8)

Где  – объём образовавшегося при окислении углерода СО, м³;

 – объём аргона, вдуваемого в расплав, м³;

 – общее давление, выделяющихся газов, там.

Объём образовавшегося СО (м³) связан с количеством углерода ∆С (%), удалённого из массы металла, выраженной в тоннах:

,                                     (2.9)

где  л/моль – молярный объём СО при нормальных условиях.

М_С = 12 г/моль – относительная атомная масса углерода.

Знак минус в уравнении (2.9) свидетельствует о том, что СО образуется при понижении концентрации углерода. Подставляя (2.9) в (2.8), получаем

 ,        (2.10)

где  – удельный расход аргона на продувку, м³/т.

Выражение для парциального давления СО можно получить из (2.6)

.                                                   (2.11)

Подставляя (2.11) в (2.10), получаем

.                                             (2.12)

Поскольку во время продувки концентрация углерода не является постоянной величиной (уменьшается), то уравнение (2.12) нельзя использовать в существующем виде для оценки количества вдуваемого аргона для получения заданного содержания углерода в расплаве. Разности ∆С и ∆Q_Ar необходимо заменить на дифференциалы dС и dQ_Ar в уравнении (2.12) и проинтегрировать от начального до конечного содержаний углерода.

.                             (2.13)

Для открытого агрегата (конвертер AOD) можно принять, что Р_общ = 1. В первом пункте домашнего задания №2 определено С_Н = 0,35%, f_C = 0,631 и . Подставляя эти значения в (2.13) найдём требуемый расход аргона для получения в металле [С]_кон = 0,1%:

.

Таким образом, если в ходе окислительного рафинирования жидкого высокохромистого полупродукта одновременно продувать жидкий металл аргоном с расходом 3,5 м³/т, то можно снизить содержание углерода с 0,35 до 0,1%. При этом равновесный угар хрома должен равняться нулю, а фактический угар в реальных условиях будет минимальным.

Выполненные в домашнем задании №2 вычисления показывают возможность расчета минимальной равновесной концентрации углерода, которую можно получить в жидком высокохромистом полупродукте коррозионностойкой стали при заданных температуре и составе до начала интенсивного окисления хрома. Если при достижении равновесных концентраций углерода в жидком полупродукте при заданной температуре продолжить продувку кислородом, то это приведёт значительному окислению хрома, вплоть до 8% при окислении даже только 0,1% углерода. Продувка высокохромистого расплава кислородом при относительно высоких температурах способствует более полному окислению углерода при минимальном окислении хрома. Понижение общего давления (окислительное рафинирование в вакууме – VOD) уменьшает значение минимального содержания углерода, которое можно получить без значительного угара хрома. Продувка высокохромистого расплава инертными газами при окислительном рафинировании позволяет получать пониженные концентрации углерода при минимальном угаре хрома. Это достигается за счёт разбавления выделяющегося СО инертными газами, понижения парциального давления СО и смещения равновесия реакции обезуглероживания в сторону образования монооксида углерода.

3 ГАЗЫ В ЖИДКОЙ СТАЛИ