Раскисление - Deoxidization

Раскисление это метод, используемый в металлургия убрать кислород содержание при производстве стали. В отличие, антиоксиданты используются для стабилизации, например, при хранении продуктов. Раскисление важно в сталеплавильное производство процесс, поскольку кислород часто ухудшает качество производимой стали. Раскисление в основном достигается путем добавления отдельных химических веществ для нейтрализации воздействия кислорода или путем непосредственного удаления кислорода.

Окисление

Окисление это процесс потери электронов элементом. Например, железо передаст два своих электрона кислороду, образуя оксид. Это происходит повсюду как непреднамеренная часть процесса выплавки стали.

Продувка кислородом это метод выплавки стали, при котором продувается кислород чугун для снижения содержания углерода. Кислород образует оксиды с нежелательными элементами, такими как углерод, кремний, фосфор, и марганец, которые появляются из различных состояний производственного процесса. Эти оксиды будут всплывать в верхнюю часть стальной ванны и удаляться из чугуна. Однако часть кислорода также вступает в реакцию с самим железом.

Из-за высоких температур, связанных с самой плавкой, кислород воздуха может растворяться в расплавленном чугуне во время его разливки. Шлак, побочный продукт, остающийся после процесса плавки, используется для дальнейшего поглощения примесей, таких как сера или оксидов и защищают сталь от дальнейшего окисления. Однако он все еще может вызывать некоторое окисление.

Некоторые процессы, хотя и могут приводить к окислению, не имеют отношения к содержанию кислорода в стали во время ее производства. Например, ржавчина представляет собой красный оксид железа, который образуется, когда железо в стали вступает в реакцию с кислородом или водой в воздухе. Обычно это происходит только после того, как сталь использовалась в течение разного времени. Некоторые физические компоненты самого процесса выплавки стали, такие как электродуговая печь, также может изнашиваться и окисляться. Эта проблема обычно решается с помощью тугоплавкие металлы, устойчивые к изменениям.^[1]

Если сталь не раскислить должным образом, у нее будут снижены различные свойства, такие как прочность на разрыв, пластичность, ударная вязкость, свариваемость, полируемость и обрабатываемость. Это связано с формированием неметаллические включения и газовые поры, пузырьки газа, которые задерживаются в процессе затвердевания стали.^[2]

Типы раскислителей

Металлические раскислители

Этот метод раскисления включает добавление в сталь определенных металлов. Эти металлы вступают в реакцию с нежелательным кислородом, образуя прочный оксид, который, по сравнению с чистым кислородом, в меньшей степени снижает прочность и качество стали.

Химическое уравнение раскисления представлено следующим образом:

${displaystyle nD + mOlongrightarrow D_ {n} O_ {m}}$

где n и m - коэффициенты, D - раскислитель, O - кислород.

Таким образом химическое равновесие уравнение:

${displaystyle K_ {eq} = a_ {ox} / (a_ {D} ^ {n} * a_ {O} ^ {m})}$

где_бык это Мероприятия, или концентрация оксида в стали, a_D - активность раскислителя, а_О активность кислорода.

Увеличение константа равновесия K_экв вызовет увеличение_бык, и, следовательно, больше оксидного продукта.

K_экв можно управлять температурой стали с помощью следующего уравнения:

${displaystyle logK_ {eq} = A_ {D} / T-B_ {D}}$

где_D и B_D - параметры, характерные для различных раскислителей, а Т - температура в градусах К °. Ниже приведены значения для некоторых раскислителей при температуре 1873 K °.^[1]^[3]

Раскислитель	А	B	K_экв
Марганец	12,440	5.33	1.318
Кремний	30,000	11.5	4.518
Алюминий	62,780	20.5	13.018

Ниже приведен список наиболее часто используемых металлических раскислителей:

Ферросилиций, ферромарганец, силицид кальция - используется в сталеплавильном производстве при производстве углеродистые стали, нержавеющая сталь, и другие сплавы черных металлов
Марганец - используется в сталеплавильном производстве
Карбид кремния, карбид кальция - используется как ковш раскислитель в производстве стали
Алюминий окалина - также раскислитель ковша, используемый при вторичном производстве стали
Кальций - используется в качестве раскислителя, десульфуратора или декарбонизатора для черных и цветных сплавов
Титан - используется в качестве раскислителя стали
Фосфор, фосфид меди (I) - используется в производстве бескислородная медь
Гексаборид кальция - используется в производстве бескислородная медь, дает более высокую проводимость меди, чем раскисленная фосфором
Иттрий - используется для раскисления ванадий и другие цветные металлы
Цирконий
Магний
Углерод
Вольфрам

Вакуумное раскисление

Вакуумное раскисление - это метод, который включает использование вакуум для удаления примесей. Часть углерода и кислорода в стали вступает в реакцию, образуя монооксид углерода. Газ CO поднимется вверх по жидкой стали и будет удален с помощью вакуумной системы.

Как химическая реакция, участвующая в вакуумном раскислении:

${displaystyle C + Olongrightarrow CO}$

реакция между углеродом и кислородом представлена следующим уравнением химического равновесия:

${displaystyle K_ {CO} = P_ {CO} / (a_ {C} * a_ {O})}$

где P_CO это частичное давление образовавшейся окиси углерода.

Снижение активности кислорода (a_О) приведет к более высокой константе равновесия и, следовательно, к большему количеству продукта, CO. Для достижения этого, подвергая ванну стали вакуумной обработке, значение P_CO, что позволяет производить больше газа CO.^[1]^[4]

Диффузионное раскисление

Этот метод основан на идее, что раскисление шлака приведет к раскислению стали.

Уравнение химического равновесия, используемое для этого процесса:

${displaystyle K_ {FeO} = a _ {[O]} / a _ {(O)}}$

где_[O] - активность кислорода в шлаке, а_(O) активность кислорода в стали.

Снижение активности в шлаке (а_[O]) снизит уровень кислорода в шлаке. После этого кислород будет размытый из стали в менее концентрированный шлак. Этот метод осуществляется с помощью раскислителей шлака, таких как кокс или кремний. Поскольку эти агенты не вступают в прямой контакт со сталью, неметаллические включения не образуются в самой стали.^[1]

Смотрите также

Обессеривание это процесс снижения содержания серы в стали.
Обезуглероживание это процесс снижения содержания углерода в металлургии.
Раскисленные стали Стали классифицируются по степени раскисления.

[Sub-1] а ^б ^c ^d Копелиович, Дмитрий. «Раскисление стали». Subtech. Получено 23 октября 2014.

[2] Копелиович, Дмитрий. «Неметаллические включения». Subtech. Получено 24 октября 2014.

[3] «Раскисление стали: Часть первая». Всего Материя.

[4] «Формирование и удаление включения». neom.mems.cmu.edu. Университет Карнеги Меллон. Архивировано из оригинал 27 октября 2014 г.. Получено 26 октября 2014.

[1]

[2]

[3]

[4]