Раскисление стали

Раскисление стали
Задать вопрос
Наши специалисты ответят на любой интересующий вопрос по услуге

Раскисление стали позволяет продлить эксплуатационные характеристики стали. Ему подвергают сталь из-за содержания в нем кислорода, который портит его структуру и качество. Раскисление занимается снижением внутри металла уровня кислорода, при наличии которого и осуществляются окислительные реакции в слитке. Химические процессы в металле под влиянием кислорода приводят к постепенному разрушению материала.

О процессе и способах раскисления готовой стали, популярных раскислителях, и разновидностях и пойдет речь в статье.

Зачем требуется раскисление

Во время выплавки стали в ее структуру в любом случае попадает кислород, который ухудшает долговечность, пластичность и устойчивость к коррозии. Кислород является главным элементом осуществления окисления – процесса, при котором элемент теряет свои электроны. Например, железо передает два своих электрона кислороду, образуя FeO. Такой процесс приводит к разрушению структуры железа.

Наличие большого количества кислорода в металле чревато тем, что при дальнейшем прокатке и ковке металла могут появляться трещины и сколы. Это означает, что прочность стали будет намного ниже – она легко поломается при сильных механических воздействиях.

Процесс раскисления задается внедрением специальных химических веществ, которые нейтрализуют кислород в структуре металла. Поэтому для обеспечения наиболее высоких свойств металлопродукции следует минимизировать кислород в стали.

Раскисление стали проводят после производства металла как заключительный восстановительный период плавки.

Порядок раскисления стали

Раскисление – процесс удаления кислорода из металла, точнее, его снижения до минимального показателя, который не допускает протекание окислительных реакций внутри металла.

Раскисление стали – довольно трудоемкий процесс, который подразумевает последовательное выполнение четырех этапов:

  1. Растворение раскислителя в расплавленной жидкой стали, чтобы поспособствовать его проникновению в местонахождение кислорода.
  2. Побуждение появления продуктов раскисления.
  3. Проведение собственно реакции раскисления.
  4. Выделение и извлечение полученных продуктов от объекта раскисления.

Следует помнить, что удалять продукты, которые выделяются во время раскисления нужно сразу, пока сталь не затвердела, иначе процесс будет проведен неэффективно.

Если раскисление будет проведено неправильно, это приведет к потере ценных металлических свойств, таких как долговечность, пластичность, вязкость, свариваемость, полируемость и обрабатываемость. На данные параметры влияют инородные включения, газовые поры и пузырьки, которые оказываются заточенными внутри стали при ее застывании.

Избавлять сталь от кислорода нужно строго дозированными веществами. Для раскисления готовой стали традиционно используют ферросилиций, алюминий, ферромарганец, а также кремний и титан.

Методы раскисления

Существует три высокоэффективных метода раскисления стали:

  1. Глубинное или осаждающее раскисление. Наиболее популярный и экономичный способ. Он заключается во внедрении в состав металла элементов, соединяющих кислород в крепкие окислы. Эти элементы называются раскислителями. С их помощью образовавшиеся продукты раскисления всплывают на твердые межфазные поверхности и успешно убираются. Этим методом невозможно получить абсолютно чистый металл, однако им часто пользуются для простого и недорогого раскисления стали в масштабных производственных целях.
  2. Диффузионное раскисление. Процедура подразумевает понижение концентрации растворенного кислорода за счёт раскисления шлака. То есть процесс раскисления происходит между металлом и шлаком, содержащим менее одного процента оксида железа. Такой шлак становится восстановителем для стали и удаляет в нем определенное количество кислорода. Диффузионное раскисление металла проводится в специальной дуговой печи, где отсутствуют горящие газы.
  3. Ваккумное раскисление. Данный способ раскисления подразумевает металлообработку стали в вакууме или ее продувку нейтральным газом. В вакууме у углерода способности к раскислению значительно возрастают, таким образом он обеспечивает резкий упадок уровня кислорода.

Вакуумное раскисление проводится в ковше, который вместе с расплавом помещают в специальную камеру и закрывают герметичной крышкой. Далее вакуумный насос обеспечивает нужное давление, благодаря которому из жидкой стали выделяеются водород и азот. В стали появляются пузырьки газа, которые захватывают всё ненужные вещества в металле. Количество неметаллических включений уменьшается, соответственно этому увеличивается прочность и качество стали. Такому способу раскисления следует подвергать сталь до процедуры глубинного раскисления алюминием и кремнием, тогда эффективность процедуры в разы увеличивается.

  1. Комбинированное раскисление. Данный способ раскисления подразумевает воздействие на металл при помощи и шлака, и элементов-раскислителей.

Выбор раскислителей стали

Данную четырехшаговую процедуру стоит выполнять с раскислителем высокого качества. Раскислитель с хорошими свойствами поможет добиться эффективности проведения процедуры, а именно получения чистейшего металла. Раскислитель должен отлично справляться со своей главное задачей – растворяться в расплавленном металле.

Чтобы упростить и ускорить процесс появления зачатков продуктов раскисления, нужно провести подготовительную обработку металла алюминием. Это позволяет добиться образования поверхности, на которую зачаткам проще выбираться наружу.

Часто используемые раскислители

Применение металлических раскислителей является наиболее популярным и экономичным методов раскисления, ведь для проведения этой процедуры не требуются большие денежные средства в отличие от других способов. Поэтому и конечный продукт выходит значительно ниже в цене. Этот метод раскисления подразумевает добавление в расплавленную сталь определенных металлов, которые вступают в реакцию с нежелательным кислородом и образуют сильный оксид. Полученный продукт менее подвергает металл изменениям, чем чистый кислород.

Ниже представлен перечень наиболее используемых элементов для раскисления:

  • ферросилиций, ферромарганец, силицид кальция;
  • марганец;
  • карбид кремния, карбид кальция;
  • углерод;
  • алюминий;
  • кальций;
  • иттрий;
  • фосфор, фосфид меди (i);
  • гексаборид кальция;
  • титан;
  • цирконий;
  • магний;
  • кремний.

Раскисление стали кремнием проводится наиболее эффективно при его сочетании с марганцем. Комбинирование компонентов первым делом дает водянистый остаток от раскисления марганцем, затем частицы диоксида кремния от раскисления кремнием.

В результате реакции выделяется остаток, в котором действие оксидов значительно ниже, чем когда эти вещества работают отдельно. Это увеличивает их результативность по уменьшению доли оксигена в стали.

Раскисление алюминием

Алюминий считается одним из самых мощных элементов-раскислителей, так как его оксид является постоянным. Оксид алюминия не плавится при температуре плавления стали, а потому его активно его задействуют в комбинации с другими более слабыми раскислителями. Действие алюминия часто сочетают с раскислением марганцем и кремнием, чтобы он мог сплавиться с жидким шлаком.

Раскисление кальцием

Кальций превосходит по своим раскислительным свойствам даже алюминий. Поэтому при добавлении кальция в металл он начинает свое взаимодействие не только с оксигеном, но и другими элементами раскисления или их сплавами. Применяя кальций в виде раскислителя, нужно, однако, учитывать низкую температуру испарения – кальций воздействует на металл парообразном состоянии. Вместе с тем продолжительность и скорость раскисления кальцием крайне мала, поэтому процедуру дополняют кремнием и алюминием.

Раскисление марганцем

Марганец характеризуется слабыми раскислительными свойствами. Вводя только один лишь марганец, не получится сразу добиться желаемого низкого показателя кислорода в стали. Однако при использовании с другими раскислителями марганец значительно повышает долговечность металла.

Флотация продуктов раскисления

Воздействие на металл раскислителей вызывает выделение жидких, твёрдых и газообразных продуктов раскисления. Так как эти вещества легче, чем сталь, в процессе раскисления они поднимаются на поверхность. Именно в этот момент их нужно убрать данный шлак, чтобы сталь не впитала всё это обратно при затвердевании. Это и называется процедурой флотации. В редких случаях выделившиеся из стали продукты раскисления целесообразно сохранять в мелкодисперсном виде.

Разновидности раскисленной стали

По силе раскисления сталь бывает спокойной, полуспокойной и кипящей.

Кипящая

Данная разновидность стали получается в результате неполного раскисления материала. Процесс сопровождается большим выделением газов при застывании стали. Образовавшиеся газы негативно отражаются на структуре металла, делая его хрупким и неустойчивым к коррозии. Механические свойства на разных участках стали могут отличаться из-за неравномерного размещения химических элементов по слитку.

Такая сталь достигается путём раскисления максимального количества марганца и углерода. Ближе к поверхности кипящая сталь получается чище по своему составу, поэтому её и используют для прокатки. Кипящая сталь отлично подходит для изготовления плит, труб и проволоки.

Кипящая сталь получается самой дешевой, так на ее выплавку и раскисление расходуется небольшое количество дополнительных элементов при максимальном выходе готового продукта. Однако по своим качествам за счет небольшого содержания кремния и марганца, он значительно уступает спокойной и полуспокойной стали.

Спокойная

В результате проведения полного раскисления металла образуется спокойная сталь. Сталь такого качества достигается путём раскисления металла алюминием, а также ферромарганцевыми и кремнистыми сплавами. Она содержит минимальное количество неметаллических продуктов и шлаков. Данный вид стали считается наилучшим, благодаря сохранению в результате раскисления полного набора ценных металлических качеств. Спокойная сталь характеризуется однородным содержанием элементов вверху и внутри металла.

После раскисления на выходе получается около 85% качественного продукта. Спокойная сталь подвергается раскислению кремнием, марганцем и алюминием.

Структура материала однородная и плотная, поэтому и металлические свойства намного лучше. Из данного металла можно строить крепкие конструкции, ведь прочный материал устойчив к разрушению. Спокойная сталь способна выдерживать сильные механические нагрузки.

Полуспокойная

Полуспокойная сталь имеет оптимальные показатели качества. Она, как и кипящая сталь, во время раскисления выделяет газ и имеет поры и пузырьки, но в меньшем размере.

Сталь такой степени раскисления обычно используется в производстве труб, проволоки и плит.

Раскисление стали является важной четырехэтапной процедурой, предназначенной для получения качественного металла без неметаллических дополнений, а также пузырьков и пор. В зависимости от силы раскисления выделяют кипящую, спокойную и полуспокойную сталь. Кипящая сталь является самой дешевой, однако спокойная – наиболее качественная и долговечная.

Заказать услугу
Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.