Особенности и последовательность окисления примесей при комбинированном дутье

Тщательный анализ преимуществ и недостатков способов выплавки стали в конвертерах с верхней и нижней продувкой привел к созданию процесса, в котором металл продувается сверху кислородом и снизу - кислородом в защитной рубашке или аргоном (азотом). Использование конвертера с комбинированной продувкой по сравнению с продувкой только сверху позволяет повысить выход металла, увеличить долю лома, снизить расход ферросплавов, уменьшить расход кислорода, повысить качество стали за счет снижения содержания газов при продувке инертным газом в конце операции.

Комбинированная продувка в кислородных конвертерах получила широкое распространение, что связано возможностью в рамках одной технологии реализовать основные преимущества как верхней, так и донной продувки. Основным сохраняемым преимуществом верхней продувки является ранее формирование основного шлака; основным достоинством донной продувки − интенсивное перемешивание ванны и получения совместного положительного эффекта.

Нашли применение многие разновидности комбинированной продувки, которые помимо подачи кислорода через фурму сверху включают следующие варианты подачи газов через днище (снизу):

− нейтральных газов (Ar, N₂) и реже СО₂ через пористые огнеупорные блоки, устанавливаемые в днище;

− нейтральных газов через одиночные фурмы, кольцевые щели, трубки;

− кислорода, иногда совместно с СО₂, через донные фурмы в кольцевой защитной оболочке из углеводородов;

− кислорода с нейтральными газами в кольцевой оболочке из нейтральных газов;

− воздуха в кольцевой защитной оболочке из нейтральных газов через донные фурмы;

− кислорода с порошкообразной известью в кольцевой защитной оболочке через донные фурмы.

Плавка в конвертерах с комбинированной продувкой состоит из тех же периодов в той же последовательности, что и при продувке сверху.

Наиболее широкое применение получила продувка кислородом сверху и нейтральным газом (Ar, N₂) снизу, которые подают либо через одиночные фурмы (от 4 до 10 штук) или многоканальные огнеупорные блоки. Один из вариантов подвода инертных газов к фурмам в днище (рис.8.2‑8).

Рекомендуется следующий режим подачи нейтральных газов через днище:

− во время завалки лома и заливки чугуна подавать азот с интенсивностью 0,015−0,05 м³/(т∙мин);

− в первый период плавки расход азота составляет 0,02−0,15 м³/(т∙мин);

− в середине плавки расход азота снижается до 0,02−0,06 м³/(т∙мин);

в конце плавки расход азота снова увеличивается и достигает 0,2−0,3 м³/(т∙мин), а за 2−4 мин до окончания продувки азот заменяют аргоном. После окончания продувки кислородом желательно в течение 2−3 мин продолжать

− продувку металла аргоном для дополнительного удаления в шлак фосфора и серы.

По ходу продувки могут производить переключения с одного газа на другой, изменять расход газа, что позволяет регулировать процессы шлакообразования и окисления углерода.

Таким образом, комбинированная продувка с подачей инертных газов через дно по сравнению с продувкой кислородом сверху обеспечивает:

− уменьшение вспенивания ванны и продувку без выбросов;

− снижение окисленности шлака и металла в течение всей продувки;

− увеличение выхода годного в связи с уменьшением потерь железа со шлаком в виде оксидов;

− уменьшение количества окисливающегося марганца в металле;

− более полнуюдефосфорацию и десульфурацию стали, что позволяет снизить общее количество шлака и расход шлакообразования.

18 Степень десульфурации и дефосфорации металла при кислородно-конвертерной плавки

Дефосфорация

Дефосфорация — т. е. удаление из металла в шлак фосфора — совершается при помощи экзотермической реакции (выделяется 767 290 Дж/моль)

2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = (4CaO · P₂O₅) + 5Fe,

для успешного протекания которой необходимы повышенная окисленность и основность шлака и невысокая температура. В кислородном конвертере складываются благоприятные условия для выделения в шлак фосфора — наличие основных шлаков со сравнительно высоким содержанием окислов железа и хорошее перемешивание ванны.

Дефосфорация начинается сразу после начала продувки (см. рис. 7.5), что объясняется быстрым началом формирования щелочного шлака с большим содержанием железа. Поскольку реакция выделения фосфора сопровождается выделением тепла, дефосфорация наиболее интенсивно протекает в первой половине продувки при относительно низкой температуре.

Конечное содержание фосфора в металле зависит от количества шлака и полноты протекания реакции дефосфорации, которую обычно характеризуют величиной коэффициента распределения фосфора между шлаком и металлом (Р₂О₅)/[P]. Эта величина в условиях кислородного конвертера изменяется от 40 до 80—100 и в этих пределах обычно тем выше, чем выше щелочность и окисленность шлака и чем ниже температура металла в конце продувки. Кроме того, более полному протеканию реакции дефосфорации и повышению значения (Р₂О₅)/[P] способствует улучшение перемешивания металла со шлаком, что достигается при снижении вязкости шлака и при более раннем шлакообразовании, потому что в этом случае увеличивается продолжительность контакта металла со шлаком.

Большое значение имеет также количество шлака. Чем больше масса шлака, тем полнее будет проходить дефосфорация, т. е. большее количество фосфора будет переходить в шлак при одной и той же величине коэффициента распределения фосфора. Поэтому при повышенном содержании фосфора в чугуне обычно увеличивают количество конвертерного шлака.

Как правило, при содержании фосфора в чугуне менее 0,15—0,20 % металл в конце продувки содержит менее 0,02 % фосфора.

Десульфурация

Десульфурация в кислородном конвертере происходит в течение всего процесса продувки и, главным образом, путем выделения серы из металла в шлак. Вместе с тем, часть серы (5—10 %) выделяется в виде SO₂ в результате ее окисления кислородом продувки.

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)

Необходимы высокая основность шлака и низкое содержание в нем окислов железа. Конвертерный шлак содержит значительное количество FeO (7—12 % и более), поэтому десульфурация получает ограниченное развитие (30—40 %).

Степень десульфурации, которая достигается при плавке в кислородном конвертере, определяется главным образом основностью шлака, увеличиваясь при ее росте. С увеличением щелочности шлака в конце операции ( ) коэффициент распределения зростає до 8—10 (рис. 7.8) увеличивается до 8—10 (рис. 7.8) и содержание серы в металле уменьшается. Поэтому переработка чугунов обычного состава обеспечивает получение в конце операции металла с содержанием серы 0,02—0,04 %. Для рядовых марок стали такой показатель можно признать удовлетворительным. В случае выплавки качественных сталей содержание серы не должно превышать 0,035 %, поэтому операцию десульфурации необходимо продолжать в процессе выпуска металла из конвертера — в ковше и далее методами внепечной обработки.