- •Научные основы современных сталеплавильных процессов
- •Посвящается в.И. Явойскому
- •Глава 1
- •Глава 2
- •2.1 Кинетика гетерогенных высокотемпературных процессов и методы выявления их ведущего звена
- •2.2 Исследование процессов окислительного рафинирования имеющих место в производстве стали
- •2.3 Условия протекания окислительного рафинирования в сталеплавильных агрегатах
- •2.4 Реакция окисления углерода
- •Внутридиффузионный режим лимитирования процесса
- •2.7 Окислительные процессы в многокомпонентных расплавах на основе железа
- •2.10 Окисление серы
- •2.11 Деванадация
- •2.13 Современные представления о ходе процессов окислительного рафинирования расплавов на основе железа
- •Окислительное рафинирование в условиях современных сталеплавильных агрегатов
- •2.15 Характеристика и газодинамика кислородных струй сталеплавильных агрегатов
- •Форма и геометрические размеры реакционной зоны
- •Глава 3.
- •3.1 Общие положения
- •3.2 Маcсоперенос примеси в экстрагирующей фазе
- •3.3 Сера в металле и его десульфурация
- •3.4 Кинетика процесса десульфурации металла
- •3.5 Кинетика десульфурации металла за счет твердых тел (порошкообразными десульфураторами)
- •Глава 4. Раскисление стали и неметаллические включения.
- •4.1 Кислород в стали и ее раскисление
- •4.2 Термодинамика раскисления
- •4.3 Кинетика осадочного раскисления
- •4.4 Плавление и растворение в металле вводимых раскислителей
- •4.5 Взаимодействие растворенного в металле кислорода с введенным в него раскислителем
- •4.6 Образование зародышей новой фазы продуктов раскисления в объеме жидкого металла
- •4.7 Рост образовавшихся продуктов раскисления
- •4.8 Удаление продуктов раскисления из сферы протекания этой реакции
- •4.9 Переход включений из металла в шлак или другие контактирующие фазы
- •4.10 Неметаллические включения в готовом металле
- •Глава 5 газы в стали
- •5.1 Взаимодействие азота и водорода с расплавленным и охлаждающимися сплавами железа
- •5.2 Термодинамика взаимодействия азота с расплавами на основе железа
- •5.3 Методы изучения взаимодействия азота с металлами
- •5.4 Кинетика растворения азота в железе и его сплавах
- •Глава 6 поведение водорода в сплавах на основе железа
- •6.1 Некоторые особенности взаимодействия водорода
- •Со сплавами на основе железа
- •6.2 Природа газообразного водорода и взаимодействие его с металлами
- •6.3 Термодинамика сорбирования водорода расплавленными и твердыми сплавами железа
- •6.4 Кинетика растворения и выделения водорода из расплавов на основе железа
- •6.5 Состояние водорода в готовой стали его влияние на механические свойства стали и распределение водорода в металле
- •6.6 Поведение водорода при выплавке металла и при его внепечной обработке
- •Глава 7 основы обработки стали в ковше
- •7.1 "Внеагрегатная" или "ковшевая" обработка стали
- •7.2 Вакуумирование металла
- •7.3 Применение инертных газов
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Научные основы современных сталеплавильных процессов
-
Окислительное рафинирование в условиях современных сталеплавильных агрегатов
При изучении в лабораторных условиях физической химии и общей природы процессов окислительного рафинирования необходимо поддерживать строго постоянными все факторы, активно влияющие на термодинамику или на кинетику того или иного окислительного процесса, кроме того, влияние которого исследуется в данном случае. Однако в производственных процессах всегда одновременно изменяется целый ряд обстоятельств, существенно влияющих на природу окислительного рафинирования. Поэтому установленные в результате лабораторных исследований закономерности и связи далеко не всегда количественно точно совпадают с наблюдаемыми в производственных условиях изменениями скоростей окисления отдельных элементов, достигаемыми остаточными концентрациями их и т.д., хотя обычно подтверждают их качественно.
Следует подчеркнуть несовершенство наших представлений о том, как в действительности протекает тот или иной процесс окислительного рафинирования в промышленном агрегате, т.к. чаще всего мы судим о нем по составу металла в конце плавки, перед раскислением металла или перед его выпуском. В наибольшей степени это справедливо по отношению к конвертерному процессу, где контроль с помощью промежуточных повалок практически невозможен вследствие его отрицательного влияния на производительность конвертера. Кроме того, необходимое, для "повалки" конвертера прекращение подачи кислорода существенно искажает естественный ход изменения состава металла.
Наконец, даже при использовании автоматически погружаемых пробоотборников (или "боковых фурм") остается проблема представительности отбираемых проб. Эта проблема, в известной степени, остается актуальной и в случае контроля плавок в подовых сталеплавильных агрегатах, т.к. непостоянство химического состава металла в различных участках ванн этих агрегатов весьма существенно, в особенности в те периоды плавок, когда ванна продувается кислородом. Это было доказано многими тщательно поставленными исследованиями. Таким образом, приводимые в литературе графики изменений состава металлической ванны в процессе плавки, особенно в кислородных конвертерах, нужно рассматривать лишь как приближенно отражающие ход протекающих процессов. В случае конвертерного процесса большое значение имеет тот факт, что при современных высоких интенсивностях продувки и значительных расходах лома период его плавления и затвердевшей на поверхности скрапа "корки" чугуна затягивается долго, почти на все время плавки. При использовании крупного скрапа иногда наблюдается даже неполное расплавление некоторой его части к концу плавки, т.е. к моменту слива металла из конвертера. В результате иногда наблюдаются такие, на первый взгляд, аномальные явления, как, например, наличие вполне измеримых концентраций кремния (0,03-0,05 %) к концу плавки даже на низкоуглеродистой стали ([C]=0,08-0,10%). Конечно, это объясняется только затянувшимся на все время плавки (12-15 мин) расплавлением скрапа.
В условиях промышленных агрегатов особое значение имеет процесс шлакообразования. В лабораторных условиях обычно моделируется взаимодействие металла с уже сформировавшимся, гомогенизированным шлаком. Однако в таких интенсивно работающих агрегатах как кислородный конвертер или двухванная печь, процесс шлакообразования, т.е. растворения извести и других тугоплавких шлакообразующих материалов занимает значительную часть от времени всей плавки. В то же время, в промышленных агрегатах растворение шлакообразуюших материалов всегда осложнено различными химическими реакциями между компонентами уже образовавшегося шлакового расплава и составляющими твердой извести.
Все эти процессы практически невозможно одновременно и с достаточной точностью промоделировать в каком-либо одном лабораторном агрегате.
Для рассмотрения хода окислительных процессов в сталеплавильных агрегатах отметим сначала некоторые особенности этих процессов.