Обработка металла вакуумом

Удаление азота

Снижение содержания азота при вакуумировании происходит в результате определённых процессов.

Следующие процессы:

  1. всплывания нитридных неметаллических включений в сталях и сплавах, содержащих нитридообразующие элементы;
  2. 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 неметаллических включений;
  3. десорбции газа с открытой (или открывающейся при перемешивании) поверхности, к которой атомы газа перемещаются   в  результате  диффузии или конвекции;
  4.  десорбции азота с поверхности пузырей СО внутрь и вынос из ванны вместе с этими пузырями;
  5. десорбции азота с поверхности пузырей аргона внутрь в случае продувки металла аргоном.

Равновесие реакции 2[N] = N2(г), подчиняющейся  закону   квадратного корня [N] = k√pN2, при снижении давления сдвигается вправо, однако азот в металле менее подвижен, чем водород, коэффициент диффузии его в жидком железе на два порядка ниже: DN = (4—7) · 10-5 см2/с, поэтому интенсивность удаления азота из расплава под вакуумом значительно ниже, чем водорода. Удалению азота препятствует также и присутствие таких элементов, как хром, ниобий, ванадий, титан, имеющих более высокое, чем у железа, химическое сродство к азоту.
Для обеспечения достаточной степени удаления азота из металла требуются более глубокий вакуум и большая продолжительность выдержки, чем в случае удаления водорода. При непродолжительном вакуумировании содержание азота снижается незначительно. Кинетика удаления азота (как и водорода) определяется условиями протекания основных стадий процесса, таких, как: 1) перенос атомов газа к поверхности раздела металл - газ; 2) диффузия через тонкий диффузионный слой, в котором отсутствует гидродинамическое перемешивание (чем интенсивнее перемешивание ванны, тем меньше толщина диффузионного слоя); 3) адсорбция атомов газа в поверхностном адсорбционном слое; 4) реакция молизации и образование молекул 2Nадс = N2 5) десорбция образовавшихся молекул в газовую фазу; 6) отвод продуктов (молекул газа) от поверхности.
Таким образом, результирующая скорость зависит от ряда факторов, действующих часто одновременно.Большое значение имеет интенсивность перемешивания ванны и связанная с этим удельная поверхность F/V (отношение поверхности к объему обрабатываемого металла): чем больше значение F/V, тем интенсивнее дегазация. Большое значение имеет также присутствие поверхностно-активных примесей, блокирующих поверхность металл—газ и препятствующих процессу удаления азота. К числу таких примесей относятся, прежде всего, кислород и сера, поэтому процессы раскисления и десульфурации металла способствуют развитию деазотизации при вакуумировании. Процесс рафинирования металла под вакуумом ускоряется, если одновременно развивается процесс выделения пузырей СО. Эти пузырьки интенсивно перемешивают металл и сами являются дополнительными маленькими вакуумными камерами, так как в пузыре СО парциальные давления водорода и азота равны нулю (pН2 =0 и pN2 =0).