Встановлення хімічного механізму модифікації неметалевих включень в розплаві сталі аналітичними методами дослідження

У цьому дослідженні показано, що сталі, які були розкислені алюмінієм та містять у своєму складі розчинену сірку, під час обробки кальцієм утворюють твердий сульфід кальцію, при цьому СаО буде присутній у вигляді алюмінатів кальцію, з відповідною зміною складу в залежності від температури. З’ясовано, що для кожної стадії реакцій перетворення алюмінатів кальцію рівноважні концентрації продуктів реакції будуть мати стале значення за умови сталості коефіцієнтів активності сірки та алюмінію відповідно. В дослідженні наведено зміну рівноважних продуктів реакції в результаті перебігу хімічного процесу та встановлено, що на останніх стадіях процесу підвищується активність СаО та знижується активність Al2O3. В процесі досліджень було встановлено кінетичну модель перебігу гетерогенного процесу модифікування розплаву сталі кальцієм. У наших дослідженнях встановлено, що механізм розчинення кальцію у рідкій сталі проходить крізь утворення проміжної сполуки. Визначено оптимальну концентрацію кальцію у межах 1 ppm, що буде інгібітором процесу утворення CaS-Al2O3. Показано, що лімітуючою стадією процесу буде транспортування Al та S від включень у об’єм рідкої сталі. В роботі показано, що для підтвердження аналітичного аналізу та перевірки стадії, що лімітує процес, а саме реакція CaS-Al2O3, за рахунок розчиненого Са у якості проміжної сполуки, полягає у розрахунку швидкості перетворення включень. Наведено, що концентрації розчинених алюмінію та сірки, що перебувають у рівновазі з включенням дуже малі, а загальний час, що необхідний для модифікації включень, на багато разів перевищував рівноважні концентрації. Для врахування цих умов нами було створено кінетичну модель для оцінки часу, що дозволила визначити стадію, що лімітує швидкість загального процесу модифікування включень. В результаті проведених лабораторних досліджень та промислових випробувань встановлено механізм модифікації включень глинозему шляхом вивчення еволюції включень після обробки кальцієм для плавок з різним вмістом сірки. Показано, що розплав, який містить 40 ppm сірки та більше, утворює перехідну речовину CaS, що витрачається з часом та викликає модифікацію включень глинозема. З’ясовано, що підвищений вміст сірки у діапазоні 40–100 ppm чинить невеликий вплив на модифікацію глинозема. Промислові випробування показали довели, що розплави сталі з низьким вмістом сірки (7 ppm) сприяє утворенню перехідних фаз, які модифікують тверді включення глинозему. утворюються невеликі включення CaО після обробки кальцієм, за яким утворюються перехідні фази, що реагують з глиноземом. Встановлено, що найкращі результати модифікування твердих включень глинозему спостерігаються при невеликому вмісті сірки.