Файл: Глебовский В.Г. Плавка металлов и сплавов во взвешенном состоянии.pdf

ределялп активность серы при исследовании кинетики десульфурации чугуна [113]. Скорость испарения серы зависела от состава расплава и исходного содержания серы. Методом ЛВС в атмосфере Нг— H2 S удалось оп­

ределить влияние хрома при увеличении его содержания до 40% на коэффициент активности серы в жидких ра­ сплавах Fe — Cr — S [114].

Газообразный поток, образующийся в результате ис­

дымообразование -не обусловливается одним лишь

гут мельчайшие металлические частицы, которые образуются при разрыве пузырей окиси углерода в по­ верхностном слое жидкого железа. Все это приводит к образованию бурого дыма в процессе взаимодействия жидкого металла с окислительной атмосферой. Таким образом, конденсат после такой плавки железа, должен состоять из окислов железа. Наличие в конденсате неокисленного металла может свидетельствовать или о низком окислительном потенциале газовой фазы, или о больших размерах вынесенных из жидкого образца ка­ пелек, закристаллизовавшихся еще до полного их окис­

120

ления. Этот механизм образования дыма справедлив как в случае окисления капель при струйном рафиниро­ вании, так II в случае окисления капель металла в про­ цессе продувки.

Взаимосвязь между процессами обезуглероживания, испарения и образования дыма особенно четко выявля­ ется при ЛВС железоуглеродистого сплава в атмосфере холодного кислорода. В этом случае происходит удале­ ние углерода в виде газообразных соединений и интен­ сивное образование дыма. При низкой концентрации углерода в жидком металле начинает накапливаться кислороп, так как скорость подвода кислорода превы­ шает скорость его удаления в виде окиси углерода. Во­ зрастание содержания кислорода продолжается до тех пор, пока поверхность капли жидкого металла не покро­ ется окисной пленкой. Это происходит вследствие под­ вода окислительного газа к металлу и испарения капли [115]. Дым, образованный при наличии свободного окисла, более интенсивен, чем дым, выделяющийся до появления окисла. При возникновении пленки наблюда­ ется сильное кипение металла, а обезуглероживание железа сопровождается повышением содержания кисло­ рода, достигающим в этот момент 0,08% [117].

Экспериментальные результаты, .полученные методом ПВС по испарению расплавленных металлических капель и их окислению в процессе взаимодействия с га­ зовым потоком, во многом способствовали выяснению природы дымообразованпя при конвертировании стали. Интересно отметить, что проведение таких эксперимен­ тов на расплаве, находящемся в тигле из огнеупорного материала, нельзя из-за трудностей, связанных с не­ достаточно развитой и плохо контролируемой межфаз­ ной поверхностью газ — расплав (особенно при продув­ ке и интенсивном кипении металла), с контролем темпе­ ратуры в различных участках объема расплавленного металла, гидродинамики газовой фазы и т. д. Следует отметить эффективность применения ПВС для исследо­ вания окисления капли жидкого металла. Наряду с изу­ чением окисления примесей из жидкого металла значи­ тельный интерес представляют процессы раскисления жидкого металла углеродом под воздействием вакуума, инертной среды или газовой атмосферы с пониженным парциальным давлением окиси углерода, которая обра­ зуется в результате взаимодействия растворенных в

121

жидком металле углерода и кислорода. Исследованию этого вопроса методом ЛВС посвящено довольно много экспериментальных работ п потому рассмотрение их удобнее провести особо.

Обезуглероживание металла .

Реакция взаимодействия углерода с кислородом, рас­ творенных в жидких металлах, является одной из важ­ нейших для рафинирования расплава-. По этой причине определение параметров этой реакции необходимо для теории и практики сталеварения. Обычно реакция обез­ углероживания для металлов триады железа изучается при температурах, превышающих всего на 150—2О0°С точки их плавления. Однако для новейших плавильных методов (электрошлакового, плазменного и электронно­ лучевого) характерна более высокая температура, вплоть до 2000°С. В связи с этим традиционные способы исследования раскислительной способности углерода в расплавах железа, кобальта и никеля необходимо заме­ нять более совершенными, каким, например, является ЛВС. Применение обычных методов плавки затруднено также и потому, что необходима дифференциация кис­ лорода, находящегося в металле и вносимого в него из огнеупорной футеровки тигля. Лишь для системы Fe— С—О получены данные по раскислительной способности углерода как при плавке в тигле, так и во взвешенном состоянии. Подобные результаты для систем Со—С—О и Ni—С—О отсутствуют. Авторы впервые исследовали параметры реакции в указанных выше металлах в широ­ ком интервале температур (1600—2000°С), концентра­ ций углерода (0,02—5%) и изменения парциального давления окиси углерода (10~7— 1 ат) с использованием П'ВС. Материалом для исследования служили железо

(99,97%), кобальт (99,92%) и никель (99,91%) и соот­ ветствующие сплавы с углеродом. Шихту готовили в ус­ ловиях, исключающих загрязнение материалом футе­

ностью определения 0,0002%О при навеске 2 г в плати­ новой ванне. Для исследования использовали специаль­ ную установку, отличающуюся от ранее описанной [69]. Она состояла (рис. 67) из реакционной камеры 1, пиро­ метра 2, перекачного герметичного металлического насо-

122

металла от плавления до 2000°С, а также из магнитных ловушек 4 для сбора металлических паров. Газовая сис­ тема этой установки состояла из ампул 5, мановакуум­ метра 6 и форвакуумного насоса 7. Схема реакционной камеры представлена на рис. 68.

плавка проводится при отсутствии тигля, ни преимуще­ ственной адсорбцией газов на высокоуглеродистых об­ разцах металла [127], ни ошибками газового анализа, так как чувствительность определения на порядок вы­ ше полученных значений. Существование минимума растворимости кислорода в углеродистых расплавах железа, кобальта и никеля следовало из свойств этих растворов. При условии постоянства рсо, асХ^о и умень­

шения /8с ростом Nc можно ожидать уменьшения [% О].

Реакция обезуглероживания интенсифицируется при плавке углеродистого расплава в вакууме, но раскислительная способность углерода растет немонотонно в за-

124

wo so

so

125