книги / Металлургия черных и цветных металлов

Первое проявляется на более ранней стадии продувки и дей­ ствует как кинетический фактор через изменение окислитель­ ных свойств дутьевого потока при изменении его режима и площади поверхности реагирования марганца с газообразным окислителем и оксидами железа. Воздействие температурного режима проявляется на более поздней стадии продувки и дей­ ствует в основном как термодинамический фактор в связи с при­ ближением реакции окисления марганца к равновесию и воз­

можностью протекания реакций с участием (МпО) в сторону восстановления.

При снижении концентраций углерода в металле возможно­ сти сохранения марганца в ванне уменьшаются и поддержива­ ются в большей степени за счет высоких температур ванны. Отмеченные факторы регулирования содержания марганца в ме­ таллическом расплаве особенно проявляются в процессе с ма­ лым количеством шлака в конвертере, проводимом после пред­ варительного удаления из чугуна кремния, фосфора и части серы. Используемое при обезуглероживании такого металла в конвертере «мягкое дутье», подаваемое при большом относи­ тельном расстоянии фурмы от ванны, способствует сохранению марганца в металле при производстве среднеуглеродистой стали (0,5—0,9% С).

Важной особенностью кислородно-конвертерного процесса является окисление фосфора чугуна одновременно с углеродом почти с самого начала продувки при невысокой температуре ванны (1300—1400 °С). Интенсивное поступление оксидов же­ леза из реакционной зоны обусловливает их повышенную ак­ тивность в оксидном расплаве, а затем сравнительно быстрое растворение извести с образованием основного шлака. В этот период реакция дефосфорации металла может быть представ­ лена в следующем виде (с учетом ионной структуры шлака):

2 [Р] + 5 (Fe2+) + 8 (О2- ) + 3 (Са2+) ** 2 (РОГ) + 3 (Са2+) +

+5[Fe]«.

Впоследующий период процесса при более высокой темпе­ ратуре ванны (1500 °С и выше) окисление фосфора по мере приближения к равновесию становится незначительным, может

переходить в восстановление и возобновляется при увеличении

концентрации СаО в шлаке до 47—50 % и выше.

Окисление углерода в кислородном конвертере начинается сра^у с подачеГдутья и в течение 1 -3 мин происходит в ре­ жиме незаглубленного в расплав дутьевого потока. в этот пе­ риод развивается поверхностное обезуглероживание в зоне ко такта дутья с расплавом и на поверхности капель металла, выносимых в окислительный поток. Часть углерода, находяще-

гося в металлических каплях, окисляется также при их взаи­ модействии со шлаком, Этому способствует возможная гетеро­ генность шлака, облегчающая образование газообразного про­ дукта обезуглероживания СО — на поверхности твердых частиц. Однако общая скорость окисления углерода в этот период еще является пониженной из-за неразвитости реакционной поверх­ ности.

Увеличение последней за счет взаимодействия углерода ванны со шлаком в зоне их контактирования и за счет заглуб­ ления реакционной зоны в расплав по мере расходования угле­ рода на поверхности расплава приводит к образованию газо- шлако-металлической эмульсии, подъему уровня шлака и ме­ талла и переходу к режиму заглубленного дутьевого потока. Это способствует более полному усвоению кислорода дутья ме­ таллическим расплавом, протеканию обезуглероживания на большой поверхности контакта окислительных и металлических фаз, увеличивающейся благодаря выделению СО.

а затем начинает замедляться. Это связано с обеднением рас­ плава углеродом и замедлением его поступления к месту взаи­ модействий с кислородом, который в большей степени начи­ нает растворяться в металле. При этом доля использования кислорода на окисление углерода, составляющая в середине процесса практически 100%, резко снижается и при содержа­ нии углерода в ванне 0,1—0,05 % для окисления 0,01 % С тре­ буется пятикратное количество кислорода по сравнению с тео­ ретически необходимым по реакции [С]Н-0,5 02 = СО.

Условия удаления серы из металла в кислородном конвер­ тере являются менее благоприятными, чем для фосфора. Глав­ ный процесс, определяющий удаление серы из ванны,— ее пере­ ход в шлак по реакции

(СаО) + [FeS] = (CaS) + (FeO) или в ионной форме

(02-) + [S] = (S2-) + [0].

Основная причина недостаточного удаления серы состоит в повышенном содержании FeO в шлаке, которое является и продуктом данной реакции. Около 10 % всей удаляемой серы может переходить в газовую фазу в виде S02 в основном в на­ чале продувки при более окислительной газовой фазе на гра­ ницах раздела и более благоприятных условиях выделения на них газообразных продуктов. Реакции с образованием S02 мо-

'гут быть представлены в виде:

[S] + 0 2 = S02; (S2-) + 3/2Оа = (О2’) + S02.

Общая степень удаления серы из металла достигает 30— 40 %. Дальнейшее ее удаление целесообразно проводить внепечной обработкой жидкого металла синтетическими шлаками или десульфурацией измельченными реагентами в сталеразли­ вочных ковшах.

Изменение состава шлака по ходу процесса в кислородном конвертере с верхним дутьем характеризуется быстрым нара­ станием в нем содержаний СаО, особенно интенсивным в конце первой половины процесса. Этому способствует повышение со­ держаний FeO и МпО в шлаке, образующемся в реакционной зоне и имеющем в ней очень высокую температуру (2000— 2200 °С). Ассимиляция извести шлаком начинается с образо­ вания твердых оксидных растворов путем замещения в решетке оксида кальция ионов Са2+ ионами Мп2+ и Fe2+. По мере повы­ шения концентрации FeO и МпО постепенно снижается темпе­ ратура плавления образующегося раствора. Снижение тем­ пературы плавления шлака происходит также вследствие об­ разования более сложных ионов и с их участием структур легкоплавких соединений типа манганатов и ферритов кальция. Этим объясняется положительное влияние оксидов марганца на образование активного высокоосновного шлака.

Ассимиляция извести в шлаке способствует также находя­ щийся в его составе диоксид кремния при его содержаниях 15—20 %. При более высоких содержаниях ЭЮг и низких со­ держаниях FeO ассимиляция извести в шлаке может замед­

снизкой ^пл-

Кконцу процесса основность шлака СаО/БЮг возрастает

до 3,5—5,0, однако желательно, чтобы он сохранял в этот пе­

риод гомогенное, полностью жидкое состояние.

Содержание оксидов железа в шлаке возрастает в начале и конце процесса. В средней его части оно понижается в ре­ зультате интенсивного обезуглероживания металла. Вследствие недостатка кислорода дутья дополнительные количества кис­ лорода на окисление углерода меаллического расплава заим­ ствуются из шлаковой фазы по реакциям

[С] + (FeO) = СО+ [Ре]ж и [С] + (МпО)=СО+[Мп].

Считалось, что для достаточно раннего шлакообразования со своевременным растворением извести требовался чугун с 0,8—1,0 % Мп. Однако для различных отечественных заводов стала обычной практика выплавки чугунов с 0,1—0,15 % Мпоез специального использования в их шихте марганцевых руд или марганцевого агломерата.

бавляют металлолом в качестве охладителя/остальное количе­ ство извести (55—60 % от общего расхода) и небольшое коли­ чество железной руды для образования нового жидкоподвиж­ ного активного и высокоосновного шлака. Сталь, выплавленная по этой технологии, обычно содержит 0,02—0,03 % Р.

При несколько меньшем начальном содержании фосфора (0,8—1,1 %) и 0,7—1,0 % Si в чугуне из руд Лисаковского ме­ сторождения продувку тем же вариантом ведут до 0,3—0,8 % С в ванне, а металлолом и большую часть извести загружают в конвертер до заливки чугуна. В скачиваемом шлаке содер­ жится до 10 % Р20б. Для повышения дефосфорирующей спо­ собности шлака как в первом, так и во втором (после скачива­ ния шлака) периоде применяют добавки извести и малые коли­ чества плавикового шпата.

Передел фосфористых чугунов в кислородных конвертерах с вдуванием порошкообразной извести (рис. IV.5) основан на получении более тесного ее контакта с расплавом и увеличе­ нии реакционной поверхности. Это позволяет на ранних стадиях процесса быстро увеличить основность шлака и улучшить воз­ можности дефосфорации и десульфурации ванны. Повышение кинетической энергии струи кислорода вследствие введения в нее твердых частиц с большей плотностью способствует более глубокому проникновению дутья в расплав и дополнительному увеличению контакта вводимой твердой фазы.

Окисление фосфора может происходить на поверхности ча­ стиц извести в присутствии оксидов железа и на границе раз­ дела металл—шлак. Расход порошкообразной извести состав­ ляет от 50 до 750 кг/мин. Ее фракции при подаче в конвертер