Раскисление стали в металлургическом производстве¶

Раскисление стали — технологическая операция в металлургическом производстве, направленная на удаление из жидкой стали растворённого кислорода, который вводится в расплав при продувке кислородом в конвертере или при плавке в электропечи. Растворённый кислород снижает качество металла: он вызывает кипение слитка, образует газовые пузыри и оксидные включения, ухудшает пластичность и свариваемость. Раскисление проводят путём введения в расплав элементов, обладающих большим сродством к кислороду, чем железо, — так называемых раскислителей.

¶Физико-химическая сущность

Кислород растворяется в жидком железе по реакции Fe + [O] ⇄ (FeO), а его остаточное содержание зависит от температуры и состава расплава. Раскислитель Me взаимодействует с растворённым кислородом:

[Me] + [O] → (MeO),

образуя оксид, переходящий в шлак или всплывающий в виде неметаллических включений. Эффективность элемента как раскислителя определяется величиной его сродства к кислороду и температурой. Строгое количественное описание даёт параметр раскисления — произведение концентраций (константа равновесия):

K = [%Me]·[%O].

Чем меньше значение этого произведения при данной температуре, тем сильнее раскислитель связывает кислород. По этому показателю элементы выстраиваются в ряд, который для металлургов служит практическим ориентиром.

¶Основные раскислители

Наиболее распространённые промышленные раскислители — ферромарганец, ферросилиций и алюминий. Их вводят в виде кусков, дроби или порошковой проволоки.

¶Способы раскисления

Различают несколько технологических приёмов:

• Глубинное (осаждающее) раскисление — раскислитель вводят непосредственно в объём металла; продукты реакции всплывают в шлак.
• Диффузионное раскисление — раскислитель добавляют в шлак, и кислород переходит из металла в шлак через границу раздела фаз; процесс медленный, но даёт более чистый металл.
• Раскисление в ковше — обработка при выпуске стали, часто с продувкой аргоном для усреднения.
• Вакуумное раскисление — снижение парциального давления CO способствует удалению кислорода по реакции [C] + [O] → CO↑; применяется в вакууматорах и при внепечной обработке.

Комбинация углеродного и осаждающего раскисления лежит в основе производства спокойной, полуспокойной и кипящей стали. Степень раскисления определяет поведение металла при разливке и кристаллизации.

¶Влияние на качество металла

Продукты раскисления — неметаллические включения (оксиды, силикаты, алюминаты). Крупные включения снижают усталостную прочность и ударную вязкость, служат концентраторами напряжений. Поэтому после раскисления применяют модифицирование, продувку аргоном, обработку на установке «ковш-печь» и вакуумирование, чтобы укрупнить и удалить включения. Остаточное содержание кислорода в хорошо раскисленной стали обычно составляет 0,002–0,005 %.

¶Значение в металлургии

Раскисление — ключевой этап внепечной обработки стали, во многом определяющий её чистоту по неметаллическим включениям и эксплуатационные свойства. Современные технологии совмещают раскисление с легированием, десульфурацией и вакуумной дегазацией, обеспечивая получение сталей ответственного назначения — трубных, подшипниковых, конструкционных и коррозионностойких.