Маңызды оттегісіздендіргіштер

Mn – ең көбірек қолданыс тапқан оттегіздендіргіш (1.2–кесте). Марганецтің оттегісіздендірушілік қабілеті қалыпты күйдегі қайнау болатының құйылмасын алуға жеткілікті. Оттегісіздендіру үрдісінде ферромарганецтің марганці еріген оттегімен әрекеттесіп, MnО тотығын түзеді

Марганецтен кейін көбірек тараған оттегіздендіргіштің бірі кремний, оның оттегіздендірушілік қабілеті марганецке қарағанда жоғары (2.9–сурет). 2.2 – кестеде оттегісіздендірудің негізгі реакциялары және олардың термодинамикалық сыйпаттамалары келтірілген.

Болатты оттегісіздендіру үшін 45–75% Si бар ферросилиций (1.2–кесте) қолданылады. Ферросилиций – арзандау ферроқорытпа.

Физика – химиялық қасиеттері бойынша жақсы оттегісіздендіргіштің бірі алюминий. Оның оттегісіздендірушілік қасиеті кремнийден жоғары (2.9–сурет). Түзілген кіріндіге металдың жұғушылығы аз болған соң, оның металдан бөліну үрдісі жеңілдеу. Алюминий металда еріген азотпен нитрид (AlN) түзе алады әрі күкіртпен әрекеттесуге бейімділігі бар. Сонымен қатар алюминий болаттың ұсақ түйіршікті болуына ықпал етеді. Сондықтан ол қымбаттылығына қарамай таза немесе қорытпа түрінде кеңінен қолданыс тапты.

Реакция	K1=1/K	Қалдық [О]	Авторлар
2[V]+3[O]=V2O3	14270/Т+5,70	5,6·10–2	Чипман
[Si]+2[O]=SiO2	14575/Т+5,50	1,7·10–2	Гоксен, Чипман
2[B]+3[O]=B2O3	14897/Т+5,14	7,15·10–3	Чино, Вада
[Ti]+2[O]=TiO2	15350/Т+5,17	3,16·10–3	Ляудис, Самарин
2[Al]+3O]=Al2O3	21630/Т+6,87	1,0·10–4	Чино, Вада
2[La]+3[O]=La2O3	20670/Т+4,67	2,0·10–6	Кинне және т.б.
2[Ce]+3[0]=Ce2O3	25330/Т+7,00	1,6·10–6	Кинне және т.б.

Ванадий бағалы оттегісіздендіруші элементтің бірі. Болатқа (08Фкп) ~0,1%V қосқанның өзінде, оның ескеруге бейімділігі жойылмайды. Бірақ феррованадий (35–40%V)–қымбат қорытпа.

Титан (2.2–кесте) мен цирконий (2.9–сурет) – өте көшті оттегісіздендіргіштер, бірақ ферротитан (1.2кесте) мен ферроцирконийдің (10–15% Zr) қымбаттылығынан, олар негізінен арнайы болаттарды қорытуда қолданыс тапты.

Теңдеуден (2.80)

Сонымен, кешенді оттегісіздендіргішті пайдаланғанда:

1) элементтердің оттегісіздендірушілік қасиеті артады;

2) оттегісіздену үрдісі тездейді;

Болат қорыту технологиясында қолданыс тапқан сілті жерлік (Ca, Mg және т.б.) және сирек жерлік металдар (La, Ce және т.б.) өте берік оксидтер түзеді. Оксидтердің (SiO₂, Al₂O₃, CaO) түзілу үрдісінде бос энергияның өзгеруі (1900К) төмендегідей:

Кальцийді қорытпа күйінде қолдану тиімді. Сондықтан кальций кремниймен (~30%Ca, ~60%Si), кремний және алюминиймен (~20%Ca, 50%Si, 20%Al) қорытпа әрі қосылыс (СаС₂) түрінде қолданылады.

Балқыманы калциймен оттегісіздендіргенде, калций көпіршіктері кірінділермен әрекеттесіп, нәтижесінде олар сұйық күйде шар тәріздес болып, қалқып шығу жылдамдығы артады. Металл фазасында қалған кірінділер шар тәріздес болғандықтан, металды қысумен өңдеуде (илемдеу, щтамптау) пішіні өзгермей, болат қасиеттеріне зияны аздау.

Сирек жерлік металдардың оттегімен әрекеттесуге бейімділігі өте жоғары, сондықтан металдағы оттегі активтілігі күрт төмендейді.

Сілті жерлік және сирек жерлік металдардың күкірт және азотпен әрекеттесуге бейімділігі жақсы.

Сирек жерлік металдарды да кешенді қорытпа түрінде пайдаланады. Мысалы, құрамы: ~40%Се+(45–50%)Si қорытпасы. Қымбаттылығынан сирек жерлік металдардың қолданылуы шектеулі.

Балқыманы оттегісіздендірудің негізгі тәсілдері:

1) тереңдік немесе тұнбалық;

2) диффузиялық;

3) жасанды қожбен өңдеу.

4) вакуумда өңдеу.

Тереңдік немесе тұнбалық тәсілінде сұйық былқымаға оттегісіздендіргіш элементті салғанда, мысалы, ферромарганец немесе ферросилицийді, кесек күйдегі ферроқорытпа металға батып (тәсілдің тереңдік аты осыдан), оттегісіздендіргіш элемент оттегімен әрекеттесіп, нәтижесінде металл фазасында ерімейтін, тығыздығы болат тығыздығынан төмен оксид түзіледі. Міне, осы «тұңба» (тәсілдің тұңбалық аты осыдан) енді қож фазасына қалқып шығуы керек.

Сонымен, болатты тереңдік немесе тұнбалық тәсілмен оттегісіздендіру төмендегі кезеңдерден тұратын күрделі физика–химиялық үрдіс:

1) оттегісіздендіргішті (ферроқорытпаны) металл (болат қорыту агрегаты, шөміш) фазасына салу;

2) оттегісіздендіргіштің еруі және металл көлемінде таралуы;

3) оттегісіздендіргіш элементтің еріген оттегімен әрекеттесуі;

4) оттегісіздену реакциялары өнімдерінің туындауы және қалқып шығуы;

5) кристалдану үрдісінде реакция өнімдерінің ортамен әрекеттесуі.

Болат қорыту агрегатына оттегісіздендіргішті салу операциясын алдын ала оттегісіздендіру деп атайды. Конвертерлік болат өндіруде оттегісіздендіргішті көбінесе балқыманы ағызу кезінде шөмішке салады. Түзілген оксидтер мен күрделі қосылыстардың көпшілік бөлігі қож фазасына өткенімен, енді бір бөлігі болатта қалады да. Тереңдік немесе тұнбалық тәсілдің басты кемшілігі осы.

Оттегісіздендіру үрдісі қож фазасы арқылы орын алатындықтан, болат кірінділерден тазалау. Бірақ оттегі диффузиясы жылдамдығының төмендігінен, болат қорыту уақыты ұлғайып, агрегат өнімділігі төмендейді. Көптеген болат қорыту агрегатында тотықтану атмосферасы орын алатындықтан, оттегісіздендіргіштің шығыны артады. Сондықтан бұл тәсіл негізінен электрдоғалы пеш және балқыманы агрегаттан тыс өңдеуде қолданыс тапты.

Балқыманы жасанды сұйық қожбен оттегісіздендіру үрдісін алғаш ұсынған А.С.Точинский (Россия)[ІІ]. Ол 19141925 – жылдары Пермь, Обухов, Тагонрог зауыттарында негізді мартендік және электрдоғалық қайнау балқымаларын шөміште жасанды қышқылды қожбен (басында бор қышқылы + бура, кейін сұйық шыны+сода) өңдеді. Қожбен өңделген болаттың оттегісіздену дәрежесі ойдағыдай болғанмен, қождың қымбаттылығынан өндірісте қолданыс таппады.

Балқыманы болат қорыту агрегатынан жасанды қож құйылған шөмішке биіктен ағызу үрдісінде, металл мен қож қарқынды араласып, олардың жанасу ауданы өте ұлғайып, содан кейін екі фаза қайтадан бөлініп, металл–қож жүйесі тепе–теңдік күйге жақындайды.

Металл мен қож ұсақ тамшыларға бөлініп, бір–бірімен араласып, екі фазаның жанасу ауданы ұлғайғанда, металл фазасындағы FeO және т.б. оксидті кірінділердің қожбен ассимиляциялану үрдісі үдеп, болат оттегісізденеді. Қождағы SiO₂ металл компоненттерімен тотықсызданып, кремний болатты қосымша оттегісіздендіреді.

А.С.Точинский 1928–жылы Мариуполь зауытында мартендік балқымаларды (0,10–020%С) құрамы: 52–60%SiO₂; 10–14%Al₂O₃; 10–15%CaO; 20%(FeO+MnO) қышқылды қожбен өңдеді. Болаттың 30%–ының оттегі мөлшері 0,017–0,020% болды. Қождың тұтқырлығын төмендету үшін қосылған темір мен марганец оксидтері, оның оттегісіздендіргіштік қабілетін төмендеткен болуы керек.

Р.Перрен (Франция) 15 тонналық қайнау балқымаларын өңдеу үшін темір оксидтері қосылмаған қышқылды қож (70%SiO₂; 25%Na₂O; 5%СаО) қолданды. Балқыманы пештен ағызар алдындағы оттегі мөлшері 0,054–0,055 және 0,083% болғанда, қожбен өңдеуден кейін болаттағы оттегі мөлшері 0,015–0,017 және 0,025%–ға дейін төмендеді.

С.Г.Воинов, Л.Ф.Косой және Е.Б.Сүлейменовтің жартылай өндірістік жағдайда жүргізген тәжірибелік конвертерлік балқымаларында төмен көміртекті қайнау болатын жасанды қышқылды қожбен өңдеп, жартылай тынық болатын алу мүмкіншілігі зерттелді. 10 тонналық оттегілі конвертерде қорытылған 08 кп болаты шөміште құрамы: 50–53% SiO₂; 28–32%СаО; 13–15%MgO; 2–5%Al₂O₃ жаңа қышқылды қожбен өңделді. Нәтижесінде құрамында 0,100,12%C, 0,04–0,07% Si бар болаттың оттегісі 0,014–0,017%–ға төмендеді. Сонымен, 08кп болатын қышқылды қожбен оттегісіздендіру арқылы 08пс болатын алу мүмкінділігі жартылай өндірістік деңгейде іске асырылды.