Дегазация металла при продувке инертным газом.

При продувке стали инертным газом парциальное давление азота и водорода в пузырьках газа в момент образования их в металле близко к нулю. Поэтому в процессе удаления пузырей из расплава растворенные в стали газы диффундируют в объем пузырей и выносятся ими в атмосферу.

Для приблизительной оценки расхода нейтрального газа на дегазацию стали может быть использована формула Геллера. При выводе этой зависимости сделано допущение, согласно которому за время пребывания пузырей в металле между расплавом и газовой фазой достигается состояние термодинамического равновесия. Поэтому формула позволяет теоретически оценить минимально необходимый расход нейтрального газа для дегазации стали. Если в реальных процессах за время пребывания пузырей в металле равновесное состояние не достигается, необходимое для дегазации стали количество нейтрального газа изменяется только в сторону увеличения.

Ниже приведен вывод формулы Геллера для случая, когда продувка проводится с целью удаления из металла водорода. Общее давление удаляющейся из металла смеси газов P состоит из суммы парциальных

давлений водорода P_H2 и аргона P_Ar, поэтому

где V_H2 – объем выделяющегося из металла водорода, м³/т; V_Ar – объем продуваемого через металл аргона, м³/т.

Объемное количество удаленного из металла водорода V_H2 связано с приведенной в массовых процентах концентрацией водорода в стали соотношением

где M_H2 – относительная молекулярная масса удаляемого газа.

Если за время движения пузырей газа в стали распределение водорода между металлом и газовой фазой достигает состояния равновесия, зависимость между концентрацией газа в стали и парциальным давлением его в удаляющихся из расплава пузырях описывается уравнением Сивертса

Подставляя зависимости (12.24) и (12.25) в (12.23), получим

Интегрирование уравнения (12.26) позволяет получить зависимость для оценки необходимого на обработку количества аргона в виде

где [H]₀ – исходная концентрация водорода в стали, %.

Результаты проведенного в соответствии с уравнением (12.27) расчета количества необходимого для дегазации металла аргона показаны на рисунке 12.4.

Рисунок 12.4 – Зависимость расхода аргона от начального и конечного содержания водорода в стали. Цифры у кривых – исходное содержание водорода, см³/100 г металла

Анализ приведенных на рисунке данных показывает, что для получения в стали остаточного содержания водорода менее 2 см³/100 г необходим расход аргона 1,5 – 2 м³/т. На практике при продувке стали инертным газом с целью усреднения химического состава и температуры, а также интенсификации перемешивания металла с ковшевым шлаком удельный расход аргона обычно составляет 0,05 – 0,2 м³/т. В связи с этим продувка стали аргоном в открытых ковшах обычно не сопровождается существенной дегазацией металла.

Анализ уравнения (12.27) свидетельствует также о том, что необходимое для дегазации расплава количество аргона быстро уменьшается по мере понижения давления над поверхностью расплава. В связи с этим сочетание продувки стали инертным газом и вакуумной обработки может быть весьма эффективным средством дегазации металла.