В производстве стали

В производственных условиях процессы окислительного рафинирования расплавов на основе железа всегда осложнены целым рядом побочных, часто количественно трудно оцениваемых факторов. Как правило, наблюдаемые концентрации исследуемых компонентов являются суммарными результатами этих, одновременно протекающих, разнообразных процессов. Поэтому для изучения возможностей отдельных реакций окислительного рафинирования, для управления их направлением и скоростью приближения к заданному пределу или к состоянию равновесия, металлурги давно прибегли к лабораторным опытам. В этом случае легко свести к минимуму влияние физических процессов, сопровождающих реакцию, и, главное, научиться определять их скорость и находить способы изменения этой скорости.

Среди современных методов таких исследований необходимо назвать "метод висящей в электромагнитном поле капли", т.е. "плавку во взвешенном состоянии" и "метод падающей капли". С помощью этих методов изучена кинетика большинства из рассмотренных ниже реакций окисления примеси обычных и природнолегированных чугунов в потоке газообразного кислорода и некоторых окисляющих газовых смесей. Положительными особенностями этого метода являются:

1. Возможность точной количественной оценки удельной поверхности контакта металла и газа при каждой заданной скорости подвода газа.

2. Возможность определить характер контакта металла и газа в разных точках висящей капли, исходя из газодинамики омывающей каплю струи.

3. Возможность свести к минимуму или почти исключить тормозящее влияние "внутридиффузионного звена" процесса за счет весьма энергичного перемешивания металла индуцируемыми в нем вихревыми токами, и приблизить процесс к условиям, например, окисления компонентов диспергированного на мелкие капли металла в реакционных зонах продуваемых кислородом ванн промышленных сталеплавильных агрегатов.

4. Возможность детально изучить влияние "внешнедиффузионного звена" (скорости дутья, частоты его пульсаций и т.д.) на скорость процесса рафинирования металла.

Указанные выше преимущества дают возможность с помощью метода "висящей капли" особенно детально изучить реакцию окисления углерода, процессы перехода азота или водорода из газовой фазы в металл и обратно.

Для изучения реакции обезуглероживания, осложненной внутренним массопереносом, большую помощь оказывает метод падающей в атмосфере (или потоке) кислорода капли. Окисление шлакообразующих компонентов на начальной стадии этого процесса также удобно исследовать с помощью метода "плавки во взвешенном состоянии".

На стадии, когда образуется уже значительное количество шлака, подрывающего часть поверхности расплавленного металла и препятствующего окислению последнего, а также в тех случаях, когда для стимулирования процесса окисления необходимо применение специально компонуемого шлака, обычно используется "плавка в тигле". Этот метод, во многом уступая "плавке металла во взвешенном состоянии", все же необходим, например, для исследования процесса окисления фосфора, а также удаления до низких концентраций таких компонентов как Si, Mn, Cr и V.