- •А.Н. Шаповалов
- •Часть 2 металлургия стали: конвертерное производство стали
- •Содержание
- •Лекция 1 (0,5 часа). Конвертерные процессы с донным воздушным дутьем
- •Лекция №2 (4 часа). Кислородно-конвертерный процесс
- •2.1 Устройство кислородного конвертера (0,5 часа)
- •2.2 Шихтовые материалы (0,25 часа)
- •2.3 Технология плавки (1 час)
- •2.4 Дутьевой режим плавки (0,25 часа)
- •2.5 Поведение составляющих чугуна при продувке (0,5 часа)
- •2.6 Шлакообразование и требования к шлаку (0,25 часа)
- •2.7 Поведение железа и Выход годного металла (0,25 часа)
- •2.8 Материальный и тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки (0,5 часа)
- •2.9 Переработка лома в конвертерах (0,5 часа)
- •Лекция №3 (1 час). Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом
- •3.1 Устройство конвертера с донной продувкой (0,25 часа)
- •3.2 Преимущества и недостатки кислородно-конвертерной плавки с донной продувкой (0,25 часа)
- •3.3 Технология конвертерного процесса с донной подачей кислородного дутья (0,5 часа)
- •Лекция №4 (0,5 часа). Конвертерные процессы с комбинированной продувкой
- •Библиографический список
- •Часть 2
2.6 Шлакообразование и требования к шлаку (0,25 часа)
Параметры шлакового режима — состав, вязкость, количество шлака и скорость его формирования оказывают сильное влияние на качество стали, выход годного металла, стойкость футеровки и технологию продувки.
Требования к шлаку. Шлаковый режим должен прежде всего обеспечить достаточно полное удаление фосфора и серы из металла во время продувки. С этой целью основность шлака должна быть достаточно высокой (от 2,5 до 3,7), а вязкость невелика, так как в густых шлаках замедляются процессы диффузии компонентов, участвующих в реакциях дефосфорации и десульфурации. При чрезмерно большой основности (3,8 и более) шлак начинает переходить в гетерогенное состояние; при недостаточной основности, т. е. повышенном содержании в шлаке SiO2, помимо ухудшения удаления фосфора и серы усиливается разъедание шлаком футеровки. Износ футеровки существенно усиливается при чрезмерной жидкоподвижности шлака и повышенном содержании в нем окислов железа. Увеличение количества шлака и его чрезмерная окисленность способствуют появлению выбросов и ведут к росту потерь железа со сливаемым шлаком в виде окислов. Повышение окисленности шлака вызывает также увеличение угара раскислителей. При слишком густом шлаке и повышенном его количестве возрастают потери железа со шлаком в виде корольков.
Скорость формирования шлака. В связи с кратковременностью продувки чрезвычайно важно обеспечить как можно более раннее формирование шлака; в противном случае из-за недостаточного времени контакта металла со шлаком не успеют завершиться дефосфорация и десульфурация. Кроме того, при продувке без шлака наблюдается повышенный вынос капель металла с отходящими газами и образование на фурме настылей металла.
В кислородно-конвертерном процессе с верхней подачей дутья имеются благоприятные условия для шлакообразования (растворения извести): 1) высокая температура в шлаковой зоне ванны (до 2000°С), вызываемая взаимодействием струи кислорода с металлом, включая корольки металла, находящиеся в шлаке; 2) интенсивное перемешивание ванны под действием струи кислорода и выделяющегося из ванны СО; 3) возможность изменения содержания оксидов железа в шлаке изменением положения кислородной фурмы относительно поверхности ванны. В таких конвертерах применение кусковой извести возможно при переделе любых чугунов: обычных (малофосфористых), высокофосфористых и природнолеги-рованных (ванадистого, хромникелевого и др.).
Формирование основного шлака сводится к растворению загружаемой в конвертер кусковой извести в образующейся с первых секунд продувки жидкой шлаковой фазе—продуктах окисления составляющих чугуна (SiO2, MnO, FeO). Известь тугоплавка (температура плавления СаО составляет 2570 °С), поэтому для ее растворения необходимо взаимодействие СаО с окислами окружающей шлаковой фазы с образованием легкоплавких химических соединений, которые расплавлялись бы при температурах конвертерной ванны.
Практика показала, что без принятия специальных мер растворение извести происходит медленно. Это объясняется тем, что реагируя с кремнеземом куски извести покрываются тугоплавкой оболочкой из двухкальциевого силиката 2CaO-SiOa (температура плавления 2130 °С), препятствующей дальнейшему растворению. Поэтому необходимо добавлять компоненты, понижающие температуру плавления этого силиката, а также самой извести. Наиболее эффективны в этом отношении CaF2 и окислы железа, в несколько меньшей степени MnO. Поэтому в конвертер в начале продувки обычно присаживают плавиковый шпат (CaF2), а обогащение шлака окислами железа достигают, начиная продувку при повышенном положении фурмы, и иногда за счет присадок железной руды, агломерата, окатышей, боксита.
Шлаковый режим. Для обогащения формирующегося шлака окислами железа продувку начинают при повышенном положении фурмы. После начала продувки в конвертер вводят первую порцию шлакообразующих — примерно 1/2—2/3 их общего количества. В эту порцию обычно входят известь и плавиковый шпат; иногда вместо плавикового шпата применяют боксит, агломерат, окатыши, железную руду. Оставшееся количество шлакообразующих вводят одной или несколькими порциями в течение 1/3 длительности продувки. Загружать все шлакообразующие сразу не рекомендуется, так как это вызывает охлаждение ванны, слипание кусков извести и замедление шлакообразования. Иногда для ускорения шлакообразования часть извести (20-40%) загружают в конвертер перед заливкой чугуна.
Общий расход извести составляет 5—8 % от массы плавки; его определяют расчетом так, чтобы обеспечивалась требуемая основность шлака Обычные пределы колебания основности: 2,5-3,0 при переделе низкофосфористых и малосернистых чугунов в рядовые марки стали; 3,2-4,0 при переделе обычных чугунов в качественную сталь, а также высокофосфористых и высокосернистых чугунов в рядовую сталь. При возрастании основности значительно выше 4,0 шлаки становятся гетерогенными, их химическая активность снижается и возникает необходимость увеличения расхода плавикового шпата, являющегося основным разжижителем шлака в конвертерах. Расход плавикового шпата обычно составляет 0,15—0,3 % и иногда достигает 1 %.
По ходу продувки состав шлака изменяется (рис.). В результате растворения извести содержание СаО в шлаке возрастает, а содержание SiO2, MnO и FeO снижается. Заметно уменьшается содержание FeO в период наиболее интенсивного окисления углерода (середина продувки), когда сильное развитие получает реакция окисления углерода за счет окислов железа шлака. В конце продувки, когда углерода в металле мало, начинает окисляться железо и содержание FeO в шлаках возрастает, причем тем значительнее, чем до более низкого содержания углерода в металле ведут продувку.
Состав конечного шлака кислородно-конвертерной плавки: 43—50 % СаО, 14— 22 % Si02, 7—20 % FeO, 2—6 % Fe2О3, 7—14 % MnO, 3—7 % Аl2O3, 1,5-4 % MgO, 0,5—4,0 % P2О5, <3 % CaF2, <1 % CaS. Соотношение между содержанием СаО и SiО2 определяется основностью шлака, которой задаются и которую регулируют, изменяя расход извести. Содержание окислов железа будет тем выше, чем ниже содержание углерода в металле в конце продувки (кривая 2); при этом содержание Fe2О3 в 3—4 раза ниже содержания FeO.
При выплавке стали с особо низким содержанием углерода (<0,05%) для уменьшения потерь железа необходим спуск основного количества шлака при содержании углерода в металле не менее 0,15-0,2%, когда концентрация оксидов железа умеренная. Додувка должна проводиться при минимальном количестве шлака (<5%) и пониженном положении фурмы, поскольку чем больше глубина проникновения струи кислорода в металл (ниже положение фурмы), тем меньше содержание оксидов железа в шлаке.
Количество шлака также является одним из важных параметров шлакового режима и в общем случае может изменяться в широких пределах: от 10-16% при переделе обычных чугунов одношлаковым процессом до 25-30% и более при переделе высокофосфористых чугунов двух- или трехшлаковым процессом. Основными факторами, определяющими количество образующегося шлака, являются содержание кремния и фосфора в шихте и основмость шлака.