Dezoxidarea otelurilor

DEZOXIDAREA OTELURILOR

La sfarsitul afinarii, continutul este mult mai mare decat cel care poate fi mentinut in solutie la solidificare. Daca se toarna otelul cu astfel de continuturi de oxigen, surplusul de oxigen se separa din solutie si se concentreaza in centrul ligoului sau peretelui piesei turnate, acolo unde se concentreaza si carbonul, a carui solubilitate scade de asemenea cu scaderea temperaturii. Se creaza astfel conditii in care poate reincepe reactia de oxidare a carbonului iar bulele de CO rezultate produc fierberea otelului in peretii pieselor turnate sau lingotiere (in cazul lingourilor acest proces are importanta in cazul otelului necalmat). Surplusul de oxigen neconsumat in reactia cu carbonul reactioneaza cu alte elemente cu afinitate pentru oxigen mai mare decat a fierului, posibilitatea lor de a reactiona creste la scaderea temperaturii si daca produsele de reactie nu se pot indeparta, otelul este impurificat cu incluziuni nemetalice. Daca surplusul de oxigen nu este consumat nici in astfel de reactii, acest surplus se depune ca FeO intre grauntii otelului solidificat. Toate formele oxigenului, in solutie (in reteaua cristalina a fierului, pe care o modifica), in incluziuni metalice si ca FeO intre graunti, inrautatesc proprietatile otelului. Din aceste cauze este necesar ca inainte de turnare sa se micsoreze continutul de [O] in asa masura incat, solidificarea sa aiba loc functie de tipul otelului astfel:

- cu fierbere intensa (cu degajare de CO), deci surplus de [O] mare in otelul necalmat;

- cu surplus de [O] numai atat cat sa determine inceperea reactiei cu [C] mai tarziu, rezultand numai atat CO incat presiunea produsa sa impiedice patrunderea aerului in golul de contractie, degajarea CO poate fi impiedicata la un moment dat prin metode externe la otelul semicalmat.

- cu surplus foarte mic de [O] incat nu are loc reactia cu [C] pana la terminarea solidificarii, la otelul calmat.

Micsorarea continutului de oxigen [O] se realizeaza prin precipitare (cu dezoxidanti cu afinitate mare pentru oxigen) sau prin difuziune (cu o zgura saraca in oxigen activ).

Pentru ca dezoxidarea sa fie corespunzatoare trebuie ca pe langa reducerea continutului de [O] sa se asigure si indepartarea avansata a produsilor de dezoxidare, astfel oxigenul poate ramane in otel ca incluziuni nemetalice.

1.DEZOXIDAREA PRIN PRECIPITARE

Metoda de dezoxidare prin precipitare se bazeaza pe reactii intre excesul de [O] si dezoxidanti care contin unul sau mai multe elemente Me cu afinitate pentru oxigen mai mare decat a fierului.

Reactia generala dintre [O] si elementele Me, solubile in baia metalica:

n[O] + m[Me]  (Me_mO_n) (1)

Produsii de dezoxidare rezultati pot fi solizi, lichizi sau gazosi.

1.1.Dezoxidarea prin precipitare cu un singur dezoxidant

Un dezoxidant este cu atat mai puternic (are capacitate de dezoxidare mai mare) cu cat este mai mic continutul de [O] cu care este in echilibru.

1.1.1.Dezoxidarea cu mangan

Dintre dezoxidantii uzuali, manganul este cel mai slab.

Dezoxidarea cu mangan decurge dupa reactia generala:

x[Fe] + y[Mn] + (x+y)[O]  (xFeO yMnO)

Produsii de dezoxidare rezultati sunt solutii solide sau lichide xFeO yMnO a caror compozitie chimica si temperatura de topire depind de continutul de [O] si [Mn].

Deoarece manganul nu poate reduce continutul de [O] astfel incat otelul sa fie calmat la solidificare, se foloseste singur doar in cazul otelurilor necalmate (cu max. 0,27%C si 0,60% Mn) avand rolul de a regla continutul de [O] pentru a limita reactia cu carbonul corespunzator unei intensitati si durate a fierberii otelului in lingotiera care sa asigure un lingou sanatos.

1.1.2.Dezoxidarea cu siliciu

Siliciul este un dezoxidant mai puternic decat manganul, acelasi continut de Si, la o temperatura data fiind in echilibru cu un continut mai mic de [O] decat acelasi continut de Mn.

Siliciul poate fi utilizat la dezoxidarea unei game largi de oteluri calmate. Folosirea siliciului are loc sub forma de ferosiliciu, silicomangan, silicocalciu sau alti dezoxidanti complecsi (AlSiMn, AlSiCa).

Reactia de dezoxidare este:

[Si] + 2[FeO]  2[Fe] + (SiO₂)

sau

[Si] + 2[O]  SiO₂

Produsii de dezoxidare cu siliciu sunt silicatii de fier si SiO₂, Peste 30% SiO₂ are loc formarea faialitei(ortosilicatul de fier), dupa reactia:

[Si] + 2[Fe] +[O] = (2FeOSiO₂).

Faialita este fluida la temperatura baii metalice, pe care o paraseste sub forma unei solutii lichide de FeO - 2FeOSiO₂ cu buna capacitate de coalescenta si de decantare.

In practica dezoxidarii otelului, pentru a se evita formarea si ramanerea produsilor solizi in otel, produsi care maresc tendinta de aparitie a crapaturilor, se impune ca predezoxidarea (dezoxidarea in cuptor) sa se realizeze cu putin siliciu (0,30,7) pentru a rezulta produsi de dezoxidare bogati in FeO ce decanteaza mai usor. In cazul otelului calmat, dezoxidarea se continua in oala de turnare deoarece, prin scaderea temperaturii se mareste eficacitatea siliciului ca dezoxidant. In acest caz, daca in otelul lichid din oala exista silicati de fier nedecantati, SiO₂ care se separa ca urmare a scaderii solubilitatii in baia metalica din cauza racirii otelului lichid, se combina cu acesti silicati si formeaza silicati de fier saturati in SiO₂, greu fuzibili si greu decantabili.

Din aceasta cauza, se impune predezoxidarea otelului cu siliciu si cu alte elemente, de exemplu cu mangan, pentru formarea in cuptor a unor produse de dezoxidare cu capacitate mare de coalescenta si decantare. In acest fel otelul evacuat in oala va avea cantitati reduse de silicati nedecantati si un continut redus de [O] ceea ce va determina, in final formarea unei cantitati mai reduse de SiO₂ si de silicati bogati in SiO₂.

1.1.3.Dezoxidarea cu aluminiu

Aluminiul este un dezoxidant mai puternic decat siliciul fiind folosit in practica sub forma elementara cat si sub forma de feroaliaje complexe (FeAl, MnAl, AlMnSi, etc.).

Dezoxidarea in exclusivitate cu aluminiu se practica foarte putin, de regula aluminiu este utilizat in asociere cu alti dezoxidanti (Mn, Si, Ti, Ca), in special in completarea dezoxidarii, fiind un dezoxidant energic.

Are loc reactia:

2[Al] +3[O] (Al₂O₃) ).

Oxidul Al₂O₃ este solid (are temperatura de topire 2050⁰C) si este foarte putin solubil in fierul lichid, deci trece in zgura si nu poate fi regenerat la temperaturile de la elaborarea otelurilor. "