Ферросплавы следует дозировать исходя из количества легирующего элемента, которое должно остаться в стали, а не из количества загружаемого сплава. Сертификат, в котором указано содержание марганца или кремния, подтверждает состав исходного материала, но не показывает, сколько элемента сохранится в расплаве. Неподходящее допущение о степени усвоения может привести к плавке, не соответствующей спецификации, даже если взвешивание и анализ сплава выполнены правильно.

Степень усвоения необходимо определять отдельно для каждого элемента, этапа процесса и момента отбора пробы. При этом следует учитывать условия растворения и реакции добавки, а также ее сохранения в стали.

Определите степень усвоения до расчета добавки

Степень усвоения элемента — это чистое увеличение массы элемента в стали, обусловленное добавкой, деленное на массу этого элемента, загруженного в составе сплава. В процентах:

Степень усвоения (%) = масса элемента, сохраненная в стали после добавки ÷ масса загруженного элемента × 100

Это не то же самое, что процент сплава, физически растворившегося в расплаве. Добавка может раствориться, но затем часть содержащегося в ней марганца или кремния может окислиться и потеряться. И наоборот, проба, отобранная до завершения растворения и перемешивания, может указывать на низкую кажущуюся степень усвоения, хотя впоследствии в отобранную пробу попадет больше этого элемента из расплава.

Для сплавов, содержащих несколько полезных элементов, рассчитывайте степень усвоения каждого из них отдельно. Например, силикомарганец содержит и марганец, и кремний, однако степень усвоения этих элементов может различаться.

Рассчитайте дефицит элемента, а затем учтите потери

Для предварительного расчета, когда масса добавки мала по сравнению с массой стали, используйте формулу:

Масса добавки ферросплава ≈ M × (w_{целевое} − w_{начальное}) ÷ (x × R)

• M: масса жидкой стали до добавки.
• w_{целевое} и w_{начальное}: целевая и начальная массовые доли элемента в стали.
• x: массовая доля этого элемента в ферросплаве.
• R: ожидаемая степень усвоения элемента, выраженная десятичной дробью.

Используйте для всех исходных данных по составу одну и ту же систему единиц. Перед подстановкой в формулу переводите проценты в массовые доли и используйте согласованные единицы массы. Из формулы видно, почему более высокое содержание элемента в сплаве не всегда означает, что его потребуется меньше: это преимущество может быть нивелировано более низкой степенью усвоения.

В этом приближенном расчете масса стали считается практически неизменной. Если добавки существенно увеличивают массу расплава, используйте полный материальный баланс с учетом конечной массы стали и сохраненных долей всех добавок. Если один и тот же элемент поступает из нескольких материалов, учитывайте все источники, а не относите весь прирост его содержания к одному ферросплаву.

Проверьте, какие еще элементы поступят с рассчитанной дозой. Вместе с марганцем в сталь могут попасть углерод, кремний, фосфор или сера. Достижение целевого содержания марганца само по себе не гарантирует соответствия стали полной спецификации марки.

Почему степень усвоения ферросплавов меняется от плавки к плавке

Активность кислорода и окислительное состояние шлака напрямую влияют на потери. Растворенный кислород и окисляющие компоненты шлака могут расходовать легирующие элементы. Поэтому ферросилиций, добавляемый для раскисления, выполняет иную функцию, чем кремний, добавляемый для корректировки состава после снижения содержания кислорода. Если применять к обеим добавкам один коэффициент усвоения, расчет шихты может оказаться неточным.

Одной основности шлака недостаточно для прогнозирования степени усвоения. На реакции влияют состав шлака, активности оксидов, количество шлака и его контакт с металлом. Попадание в расплав окисляющего шлака с предыдущего этапа может изменить результат, даже если марка ферросплава и масса добавки не меняются.

Температура, размер частиц и перемешивание влияют на растворение и распределение элементов. Крупным кускам может потребоваться больше времени для растворения; избыток мелких частиц может привести к потерям с пылью или их быстрому окислению при обращении и загрузке. Подходящий диапазон размеров зависит от способа загрузки, условий в расплаве и доступного времени для перемешивания.

Момент добавления влияет как на воздействие окисления, так и на время, доступное для растворения. При позднем внесении химические условия могут быть более благоприятными, однако до отбора проб или разливки может остаться слишком мало времени для полного перемешивания. Поэтому перенос добавок на более поздний этап не всегда повышает степень усвоения.

Сформируйте базу данных по усвоению для надежного принятия решений

Для определения расчетных значений степени усвоения используйте производственные данные по сопоставимым плавкам. Группируйте результаты по марке ферросплава, этапу добавления, практике раскисления, условиям работы со шлаком, диапазону температур и способу перемешивания. Единое среднее значение для разных технологических маршрутов может скрыть разброс, приводящий к отклонениям от целевого химического состава.

Для каждого расчета фиксируйте массу стали, первоначальный химический состав, взвешенные добавки, анализ партии сплава и время отбора конечной пробы. Учитывайте промежуточные добавки, а также другие источники и потери элемента. Кажущаяся степень усвоения выше 100% обычно указывает на неполный учет материального баланса, различия при отборе проб или погрешность измерений; использовать такое значение как стандартное допущение при дозировании не следует.

При сравнении поставщиков учитывайте химический состав, допустимые пределы содержания значимых примесей, гранулометрический состав, количество мелочи и стабильность характеристик от партии к партии. Спецификация продукта описывает поставляемый материал, но заявление о степени усвоения должно сопровождаться указанием условий работы и метода измерения.

Сравнивайте стоимость единицы усвоенного элемента по формуле: цена сплава за единицу массы ÷ (массовая доля элемента × степень усвоения). Затем учитывайте не только среднюю степень усвоения, но и ее вариабельность: нестабильные результаты могут увеличить объем корректирующих добавок и затруднить соблюдение узких пределов по химическому составу.

Прежде чем менять правило дозирования, определите, какая часть расчета изменилась: дефицит элемента, состав сплава или степень усвоения при фактических условиях процесса. Для каждого случая требуется своя корректировка.