Principala măsură cantitativă a afinității elementelor pentru oxigen este modificarea energiei Gibbs (ΔG°) a reacțiilor lor de interacțiune. În practică, conținutul de elemente deoxidante variază în oțeluri.
Astfel, conținutul de aluminiu în majoritatea cazurilor nu depășește 0,1%, conținutul de mangan variază între 0,2-0,8%, astfel încât pentru a compara capacitatea de dezoxidare a elementelor se utilizează conținutul de oxigen de echilibru în metal la diferite conținuturi de elemente, care se calculează prin constante (valori constante) ale reacției de dezoxidare. Deoxidanții se introduc în metal sub formă de aliaje cu fier, sub formă de aliaje complexe formate din fier și o serie de alte elemente (deoxidanți complecși) sau sub formă de metale pure (aluminiu, magneziu, calciu etc.). Printre deoxidanții complecși se numără: silicomanganul, AMS (aluminiu, mangan, siliciu), silicocalciu, silicocirconiu, silicoaluminiu etc. Deoxidanții metalici sunt ordonați după gradul de creștere a capacității lor de deoxidare în următoarea ordine: Mn (mangan), Si (siliciu), Ti (titan), Zr (zirconiu), Al (aluminiu), Mg (magneziu), Ca (calciu).
Capacitatea de deoxidare a agenților de deoxidare se estimează prin compararea presiunilor de disociere a oxizilor elementelor de deoxidare cu presiunea de disociere a oxidului metalului de deoxidare. Astfel, pentru deoxidarea FeO pot fi utilizate toate elementele care formează oxizi cu o presiune de disociere mai mică decât cea a monoxidului de fier.
Deoxidarea cu carbon . Procesul de dezoxidare a metalului cu carbon nu se modifică foarte mult la schimbarea temperaturii, astfel încât baia este dezoxidată în prealabil prin adăugarea de materiale care conțin carbon (fontă, feroaliaje) sau prin insuflarea de substanțe pulverulente. În acest caz, produsul de oxidare a metalelor cu carbon — oxidul de carbon — este ușor eliminat din baie, contribuind la agitarea acesteia.
Deoxidarea cu mangan. Cu oxigenul din metal, manganul interacționează prin reacție
Constanta de echilibru a acestei reacții se determină din expresia (conținutul componentelor reacției în procente):
lgKMn = lg(1/[Mn]-[0]) = ΔGT 0 (4,576-T) = (-69550 + 31,02-T)/(4,576-T) = (15200/T) — 6,78.
Manganul este un deoxidant slab, iar aditivii săi în metal pot reduce conținutul de oxigen numai în oțelurile cu conținut scăzut de carbon. Pe măsură ce temperatura metalului scade, gradul de completare a deoxidării prin mangan crește ușor. Odată cu creșterea conținutului de mangan în metal până la > 0,6% în produsele de dezoxidare începe să predomine oxidul de mangan, al cărui punct de topire (1650 ° C) este mai mare decât temperatura metalului, adică MnO este în stare solidă și slab îndepărtat din metal în zgură.
Deoxidarea cu siliciu. Siliconul cu oxigenul din metal interacționează prin reacție
Constanta de echilibru este determinată de expresia (conținutul de componente în procente):
lgKSi = lg(1 / [Si]-[O]2 ) = -ΔGT 0 (4,576-T) = (-86000 + 24,02-T)/(4,576-T) = (1880/T) — 5,25.
S-a constatat că conținutul de oxigen din oțel după deoxidarea acestuia cu siliciu scade numai la concentrații scăzute de carbon în topitură (<0,20%).
La un conținut de metal >0,37% B1, concentrația de oxigen dizolvat în topitură practic nu se modifică.
Odată cu scăderea temperaturii metalului, capacitatea de deoxidare a siliciului crește. Atunci când conținutul de oțel este >0,14%, produsele de dezoxidare sunt reprezentate de siliciu solid, având un punct de topire de 1710 ° C și care se elimină greu din topitură.
Deoxidarea cu aluminiu. Aluminiul este un agent de oxidare foarte activ. Interacțiunea aluminiului cu oxigenul metalic are loc prin reacția 2[Al] + 3[0] = (Al203). Constanta de echilibru este determinată de expresia (conținutul procentual al componentelor reacției):
lgKAl = lg(1/[Al] 2 — [0] 3 ) = (64000/T) + 20,63.
Dacă la o temperatură de 1660 °C și un conținut de 0,005% [Al] în metal 0,0011% [O] se află în echilibru cu acesta, atunci la un conținut de aluminiu de 0,01% concentrația de echilibru a oxigenului în metal este de 0,0007%.
Produsele de oxidare a fierului de către aluminiu sunt reprezentate în metal de particule solide de alumină cu un punct de topire de 2050°C. Aluminiul, spre deosebire de mangan și siliciu, formează cu azotul nitruri puternice cu un punct de topire d e-2100 ° C. Fiind centrele de cristalizare ale oțelului, nitrurile de aluminiu contribuie la rafinarea bobului primar al acestuia. La un conținut de >0,02% [Al] în metal nu numai că modifică forma și compoziția incluziunilor nemetalice de oxid, dar reduce și numărul acestora, ceea ce are un efect pozitiv asupra proprietăților mecanice ale oțelului.
Deoxidarea cu titan. În unele cazuri, titanul este utilizat pentru deoxidarea oțelului. Interacțiunea titanului cu oxigenul metalic are loc prin reacția [Ti] + [0] = (TiO2), pentru a găsi constanta de echilibru a căreia se utilizează expresia: lgKТi= -(30800/T + 0,38.
La un conținut de fier de 0,05% [Ti], conținutul de oxigen în echilibru în topitură la o temperatură de 1600 0 C va fi de 0,004%, ceea ce indică un efect deoxidant suficient de ridicat al titanului.
