Металлургические процессы плавки в коксовой вагранке

Образование кислого ваграночного шлака. Источниками шлако­образования при плавке в кислой вагранке являются:

• песок и формовочная смесь на поверхности кусков шихты (2 % массы металла);

• оксиды железа, кремния, марганца, образовавшиеся в ре­зультате угара элементов шихты (1 ...2 %);

• частицы оплавившейся футеровки (0,4...3 %);

• зола кокса (1 ...2 %);

• флюсы, вводимые с целью понижения вязкости шлака.

На практике эти источники образуют шлак, содержащий 65 % Si0₂, 20 % А1₂0₃, 8 % FeO, 5 % МпО_? Шлак такого состава имеет низкую вязкость, около 2 Па • с. Для легкого удаления шлака из вагранки его вязкость должна быть 0,3...0,8 Па-с. Снижение вяз­кости шлака обеспечивается введением флюса — известняка. Рас­чет необходимого расхода флюса можно провести с использова­нием диаграммы вязкости шлака (см. рис. 8.3).

Численный пример. Пусть при данных условиях плавки в ваг­ранке на данной шихте образуется первичный шлак, состав кото­рого приведен в табл. 10.1. Масса этого шлака составляет 4 % мас­сы выплавляемого чугуна. Требуется определить расход флюса (из­вестняка), который обеспечит вязкость шлака на уровне 0,5 Па-с.

Для расчета используем диаграмму (см. рис. 8.3) зависимости вязкости и температуры плавления шлака от его состава. Диаграм­ма вязкости шлака не учитывает влияние МпО и веществ, указан­ных в столбце «прочие соединения», на его вязкость. Поэтому в строке 2 приведен состава шлака, пересчитанный без учета этих веществ. При таком пересчете масса остальных веществ, приходя­щаяся на 100 кг шихты, не меняется, уменьшается лишь общая масса шлака и увеличивается процентное содержание каждого из оставшихся в шлаке веществ.

В строке 3 табл. 10.1 подсчитано соотношение между Si0₂ и А1₂0₃ в первичном шлаке. Оно составляет 74,1% к 25,9%, или около 3. Точка 25,9 % А1₂0₃ отложена на правой шкале диаграммы текучести. При вводе известняка в шлак соотношение Si0₂ и А1₂0₃ практически не меняется, так как флюс содержит незначительные количества этих веществ. Поэтому прямая, соединяющая точку 25,9 % А1₂0₃ с вершиной СаО + FeO + MgO, является геометрическим местом точек, в которых соотношение Si0₂/Al₂0₃ « 3 при любой величине суммы концентраций СаО + FeO + MgO в составе шлака. Эта прямая пересекается с линией вязкости, равной 0,5 Па-с в двух точках. Выбираем из них ту, которая лежит в области меньших температур плавления (около 1400 °С). Эта точка определяет иско­мый состав шлака, сумма концентраций СаО + FeO + MgO в нем равна 44 %, концентрация Si0₂ — 42 %, а А1₂0₃ — 14 %. Массу тако­го шлака, приходящуюся на 100 кг шихты, можно определить из пропорции, относящейся к содержанию Si0₂ в шлаке:

2,4 кг - 42 % *кг- 100 %.

Следовательно, масса шлака составляет Х= 2,4 кг • 100 %/42 % = = 5,7 кг на 100 кг металла. Суммарное содержание СаО + FeO + + MgO в шлаке равно 5,7 - 2,4 - 0,84 = 2,46 кг.

В первичном шлаке уже содержится 0,528 кг основных оксидов на 100 кг шихты. Поэтому с флюсом требуется ввести 2,46 - 0,528 = = 1,832 кг извести СаО. Известняк СаС0₃, используемый в каче­стве флюса, содержит 50 % СаО, т.е. количество известняка долж­но составлять 3,7 % от массы металлошихты.

Полученное расчетом необходимое количество флюса уточня­ется после проведения первых производственных плавок.

На практике средний состав шлака для кислого процесса ра­вен, %: Si0₂ 40...60; СаО 20...25; А1₂0₃ 2...20; MgO 1...5; FeO 0,5... 10; МпО 1...5; Р₂0₅ 0,1...0,5; S 0,03...0,05 и чугун в виде ко­рольков 0,1...0,5.

Три важнейшие составляющие шлака образуют 80...90% его массы и определяют жидкотекучесть и температуру плавления шлака в целом. Высокая жидкотекучесть шлака необходима не толь­ко для легкого удаления его через шлаковую летку, но и для его стекания по стенкам печи без образования настылей, легкого от­деления от капель чугуна.

Для уменьшения разгара футеровки состав шлака должен быть по возможности близок к составу огнеупора.

Окисление железа и легирующих элементов. В зависимости от соотношения С0/С0₂ и температуры газовая смесь может быть вос-