Процесс шлакообразования при донной продувке.

Начало шлакообразования переносится в первичную реакционную зону, имеющую максимальную температуру (2000-2500°С) и содержащую достаточное количество шлакообразующих оксидов, продуктов полного окисления примесей металла (FeO, SiО2, MnO и др.). Частицы извести, имея малые диаметры (до 1,5-2 мм) и обладая огромной реакционной поверхностью, уже в преде­лах первичной реакционной зоны в успевают растворяться в имеющемся оксидном расплаве с высоким содержанием FeO. Таким образом, в реакционной зоне формируется первичный известково-железистый шлак.

Первичный шлак, сливаясь с основной массой шлака, теряет часть оксидов железа вследствие восстановительного действия углерода металла и СО. Однако постоянный приток первичного шлака обеспечивает достаточно высокое содержание оксидов железа в шлаке (до 10-15% в зависимости от содержания углерода в металле), которое обеспечивает дефосфорацию и десульфурацию металла пример­но как при верхнем дутье - с самого начала продувки.

За время продувки окисляется избыточный углерод, кремний, часть марганца; формируется шлак, в который удаляются фосфор и сера; расплавляется стальной лом; за счет тепла реакций окисле­ния нагревается металл. Вначале, как и при продувке сверху, пре­имущественно окисляются кремний и марганец.

Интенсивное перемешивание, подача дутья через несколько фурм и появление газообразных продуктов диссоциации углеводо­родов существенно увеличивают поверхность контакта металл-газ, что облегчает образование и выделение пузырьков окиси углерода т. е, протекание реакции [С] + 1/2О2= CO. Более полному ее протеканию способствует и уменьшение парциального давления продукта реакции СОв газовой фазе вследствие появления водорода. По этим причинам возра­стает скорость и полнота окисления углерода; без принятия допол­нительных мер легко получить металл с содержанием углерода 0,01 %. При этом из-за более активного окисления углерода, окисленность металла по ходу продувки ниже, чем при верхней продувке. Содержание FeO в шлаке по ходу продувки не превышает 5—6 %; лишь при содержании углерода менее 0,1 % вследствие начинающегося окисле­ния железа содержание FeO в шлаке возрастает до 10-15%.

Из-за низкого содержания FeO в шлаке реакция окисления мар­ганца [Мп] + (FeO) = (MnO) + Fe получает ограниченное разви­тие и количество окисляющегося за время продувки марганца (30— 40 %) меньше, чем при верхней продувке (~70 %). Лишь при про­дувке до содержаний углерода в металле менее 0,1-0,05 %, когда в шлаке возрастает концентрация FeO, окисление марганца уси­ливается.

Окисление фосфора по ходу продувки имеет принципиальное различие в зависимости от того, применяется кусковая или порошкообразная известь. При ведении плавки на кусковой изве­сти вследствие возможности формиро­вания активного известково-железистого шлака только при [С] < 0,05% концентрация фосфора в металле в течение ~ 80% времени продувки почти не изменяется, начинает снижаться лишь при [С]<0,1% и получает полное развитие при [С] < 0,05%, что для большинства марок является передувом. Поэто­му в случаях необходимости выплавки стали с [С] >0,1% применение кусковой извести недопустимо.

При использовании порошкообразной извести нормальный известково-железистый шлак формируется уже в начале продувки, что обеспечивает дефосфорацию при любых концентрациях углерода, как при верхней подаче дутья. При донной подаче дутья с применением порошкообразной изве­стидефосфорация протекает несколько полнее, чем при верхней подаче дутья.

Удаление серы из металла в сталеплавильных процессах в ос­новном достигается путем перевода ее в шлак, поэтому при исполь­зовании кусковой извести заметная десульфурация металла наблю­дается только по достижении [С] < 0,05%. В случае ведения плавки на порошкообразной извести десульфурация происходит как при верхней подаче дутья, т.е. практически в течение всей продувки. Благодаря интенсивному перемешиванию ванны реакции между шлаком и металлом в большей степени приближаются к равновесию, что проявляется в снижении окисленности шлака и в том, что при одинаковой основности шлака обеспечивается более полный, чем при продувке сверху, переход в шлак фосфора и серы. При донной подаче дутья с порошкообраз­ной известью возрастает коэффициент распределения серы меж­ду шлаком и металлом (при В= 3-3,5 Lg= 6-8, может достигать 10), и доля серы, переходящей в газовую фазу (15-20%), поэтому общая степень десульфурации (переход в шлак и газовую фазу) уве­личивается и обычно составляет 50-60% (при верхней подаче дутья 30-50%).

Продувку заканчивают при заданном содержании углерода в металле. При выплавке стали с очень низким содер­жанием углерода продувку кислородом заканчивают при [С] = 0,035-0,045%, затем в течение 1-2 мин продувают нейтральным газом через те же фурмы (аргоном или азотом). При этом достигается снижение концентрации углерода до значений < 0,02%, одновре­менно происходит некоторое уменьшение содержания оксидов железа в шлаке.