Терминология видов термодинамических систем подробно рассмотрена в работе . К газам в металле обычно относят водород, кислород и азот, поскольку эти элементы при комнатной температуре и атмосферном давлении существуют в виде двухатомных газов. При решении задач макроскопической кинетики понятие о газах в металлах вводится лишь для учета специфических особенностей перехода через границу раздела фаз.

Водород, кислород и азот (а также углерод), растворяющиеся в металлах, в первую очередь благодаря взаимодействию с газовой средой (воздухом и влагой) являются наиболее типичными представителями газообразующих. Известно, что процесс дегазации металла становится более интенсивным при прохождении через расплав газовых пузырей, возникающих, например, при естественном «углеродном кипении» металла или при барботаже — продувке металла инертным газом. Причина ускорения дегазации обусловлена увеличением границы раздела фаз и возникновением дополнительного перемешивания жидкости.
Переход газа из объема жидкого металла в газовую фазу осуществляется через следующие стадии. Посредством диффузии или конвективной диффузии растворенный газ доставляется к границе раздела жидкость—газ. Далее газ пересекает эту границу, где происходит накопление молекул газа, как правило, в виде мономолекулярного слоя. Эта стадия часто осложняется химическими реакциями. После этого газ удаляется от поверх-ности раздела в глубину фазы посредством молекулярной или конвективной диффузии. Растворимость газов в металлах обычно невелика, поэтому, по-видимому, наиболее медленной из этих стадий является диффузия растворенного газа и поверхности жидкость—газ.

Влияние способов раскисления малоуглеродистой нестареющей стали

Часто в заводской практике при выборе варианта раскисления исходят из соображений, совершенно не связанных с физико-химическими основами сталеплавильных процессов. Вариант раскисления стали может определяться чисто экономическими предпосылками (некоторое уменьшение затрат на раскислители может несколько понизить себестоимость стали). В других слу-чаях вариант раскисления обусловливается наличием того или иного раскислителя. Иногда при производстве стали одинаковых марок пользуются самыми разными режимами раскисления.
Нами изучено влияние способов раскисления малоуглеродистой нестареющей стали на химическую неоднородность слитков и их загрязненность неметаллическими включениями. В зависимости от принятого способа раскисления и сортамента стали расход ферросплавов и раскислителей на заводах разный. Задачи раскисления стали могут решаться различными путями, но при любом методе должно быть обязательно обеспечено: снижение содержания растворенного в стали кислорода и связывание его в прочные соединения, исключающие газообразные выделения при кристаллизации стали; максимальное удаление образующихся при раскислении кислородных включений; получение оставшихся в металле включений наиболее благоприятной формы, состава и расположения.
Количество неметаллических включений определяется концентрацией вводимого элемента и кислорода в металле, скоростью поступления кислорода в процессе раскисления разливки стали и удаления образовавшихся неметаллических частиц. Следовательно, источниками образования кислородных включений в процессе раскисления являются растворенный в металле кислород и кислород, поступивший в металл в процессе вторичного окисления после ввода раскислителей и выпуска металла из печи.

Процесс предварительного раскисления

В практике производства стали массовых марок (кипящих, спокойных, полуспокойных) укоренился метод предварительного раскисления стали в печи. Еще до сих пор значительное количество углеродистой кипящей, спокойной стали, например, на металлургических заводах «Криворожсталь», Ждановском им. Ильича, Макеевском им. Кирова и других продолжают раскислять сталь в печи, а не сталеразливочном ковше. Это всегда приводит к необоснованному перерасходу ферросплавов .
В процессе предварительного раскисления кремнийсодержащими ферросплавами поступление кислорода в металл в 3—4 раза больше, чем во время кипения металла. Это ведет к растворению кислорода в металле и к повышенному угару раскислителей. Исследованиями установлено, что содержание кислорода в готовом металле, раскисленном полностью в ковше, несколько меньше, чем в металле, предварительно раскисленном кремнийсодержащими ферросплавами.
Как показали промышленные исследования ЦНИИЧМ, для качественных конструкционных углеродистых сталей полезно проводить окончательное раскисление и легирование в ковше подготовленными (по чистоте и гранулометрии) или жидкими раскис-лителями. Внепечной способ раскисления, например, качественных (мягких) кипящих сталей ферромарганцем в ковше с содержанием кремния не более 1 % приводит к снижению его расхода на 2—3 кг.
Операция конечного раскисления является наиболее ответственным периодом плавки, определяющим комплекс свойств стали. Модифицирующее влияние раскислителей изменяет природу расплава и параметры процессов кристаллизации, существенно влияет на показатели механических свойств и служебные характеристики стали.