Основные реакции в процессе вакуумирования стали
3.3 Удаление азота
Снижение содержания азота при вакуумировании происходит в результате:
- всплывания нитридных неметаллических включений (в сталях и сплавах при содержании в них нитридообразующих элементов);
- выделения пузырей азота, зарождающихся в ванне (в случае высокого содержания азота в металле, при котором создаются условия, необходимые для преодоления сил поверхностного натяжения и ферростатического давления) на поверхности футеровки или на неметаллических включениях;
- десорбции газа с открытой (или открывающейся при перемешивании) поверхности к которой атомы газа перемещаются вследствие диффузии или конвекции;
- десорбции газа с поверхности пузырей СО и удаления из ванны вместе с этими пузырями;
- десорбции газа с поверхности пузырей внутрь пузыря в случае продувки металла аргоном.
Равновесие реакции
2[N] = N2(г)
также подчиняющейся закону квадратного корня, при снижении давления сдвигается вправо.
В результате, при непродолжительном вакуумировании содержание азота снижается незначительно. Кинетика удаления азота (также и водорода) определяется условиями протекания основных стадий процесса. К их числу относятся:
- перенос атомов газа к поверхности раздела металл -- газ;
- диффузия через тонкий диффузионный слой, в котором отсутствует гидродинамическое перемешивание (чем интенсивнее перемешивание ванны, тем меньше толщина диффузионного слоя);
- адсорбция атомов газа в поверхностном адсорбционном слое;
- реакция образования молекул 2Nадс = N2 (для водорода 2Надс = Н2);
-десорбция образовавшихся молекул в газовую фазу, отвод продуктов (молекул газа) от поверхности.
Таким образом, на результирующую скорости влияет целый ряд факторов, часто действующих одновременно. Большое значение имеет интенсивность перемешивания ванны и связанная с этим удельная поверхность F/V (отношение поверхности к объему обрабатываемого металла, чем больше F/V, тем интенсивнее дегазация). Можно принять, что процесс дегазации при вакуумировании определяется диффузией газов через границу металл -- газовая фаза.
Если ковш размещается в вакуумной камере, полезная площадь поверхности для дегазации F равна поверхности жидкой стали. Отношение F/V тогда может быть очень небольшим. Но это отношение может быть значительно увеличено в результате:
1) перемешивания поверхностного слоя;
2) продувки инертным газом;
3) образования монооксида углерода в расплаве.
Это выражается в изменении картины потока с соответствующим увеличением коэффициента массопереноса. Большое значение имеет также присутствие поверхностно-активных примесей, блокирующих поверхность металл -- газ и препятствующих протеканию процесса удаления азота. К числу таких примесей относятся прежде всего кислород и сера, поэтому, например, раскисление и десульфурация металла заметно облегчают условия удаления азота при вакуумировании/3/ .