В сталеплавильном производстве газы являются одной из наиболее распространённых неметаллических примесей. Хотя их количество очень мало, их влияние на структуру и свойства стали может быть значительным. Как правило, основными газами, содержащимися в стали, являются водород (H) и азот (N). Эти газы попадают в расплавленную сталь на различных этапах рафинирования, внепечной обработки и разливки и могут привести к возникновению внутренних дефектов при кристаллизации и охлаждении.
1. Источники и вредное воздействие водорода на сталь
Водород — одна из самых опасных газообразных примесей в стали. Его источником являются в основном
Основные источники водорода включают в себя:
- Влажное сырье – влажный лом, известь и карбид кальция, способные впитывать воду.
- Маслянистый лом – разложение масла при высоких температурах выделяет водород в расплав.
- Сплавы, поглощающие водород – например, ферроникель, который имеет сильную тенденцию поглощать водород.
- Утечка воды – из охлаждающей электроды воды или панелей печи, просачивающаяся в расплавленную ванну.
- Ржавый лом – содержит гидроксид железа, который при плавлении выделяет водород.
Вредное воздействие водорода:
Растворимость водорода в расплавленной стали значительно выше, чем в твёрдой. При кристаллизации водород выделяется вместе с CO и N, образуя подповерхностные газовые раковины, микропоры или усадочные раковины. Это приводит к появлению белых пятен, замедленному растрескиванию и снижению плотности, что серьёзно влияет на вязкость и эксплуатационную надёжность стали.
2. Источники и вредное воздействие азота в стали
Азот — ещё одна распространённая газовая примесь в процессе производства стали. Он легко растворяется в расплавленной стали при высоких температурах и может попадать в неё с печными газами, воздухом, шихтой или легирующими добавками.
Основные источники азота включают:
- Чугун и чугун – обычно содержат 0,004–0,01% азота из-за высокого парциального давления азота и низкого содержания кислорода в колошнике доменной печи.
- Стальной лом – загрязненный лом имеет тенденцию поглощать азот из атмосферы.
- Шлакообразователи и сплавы – воздух, попавший в пустоты и зазоры, может привнести азот в расплав.
- Кокс – особенно в электропечах, где кокс используется в качестве карбюризатора.
Для сравнения, железо прямого восстановления и другие новые источники железа содержат меньше азота, что делает их отличными разбавителями для контроля содержания азота. Кроме того, предварительный нагрев лома в дуговых сталеплавильных печах способствует удалению соединений азота и органических веществ при температуре 200–800 °C перед плавкой, что снижает абсорбцию азота.
Вредное воздействие азота:
Растворимость азота в расплавленной стали значительно выше, чем при комнатной температуре. При охлаждении стали избыточный азот переходит в пересыщенное состояние, выделяясь в виде дисперсных нитридов. Это приводит к искажению кристаллической решетки и появлению внутренних напряжений, повышая твёрдость и хрупкость, одновременно снижая пластичность и вязкость. Поэтому для сталей, требующих высокой вязкости и формуемости, контроль содержания азота имеет решающее значение.
