Технологія наведення шлаку

Процес шлакоутворення на практиці визначається дутьєвим режимом і режимом присадок шлакоутворюючих матеріалів, який передбачає вид і кількість шлакоутворюючих матеріалів, порядок і черговість їх введення в конвертер.

Зазвичай в процесі продувки вміст оксидів заліза, у міру наростання швидкості зневуглецювання, зменшується, а в другій половині плавки починає збільшуватися. У середині продувки при максимальних швидкостях обезвуглецювання шлак може згортатися, що вимагає прийняття спеціальних заходів з підтримання його в гомогенному стані. Вміст оксидів кальцію і магнію в ході плавки безперервно збільшується, а кремнезему і оксиду марганцю - зменшується. Основність шлаку повільно, але неухильно, зростає, досягаючи найбільших значень в кінці продувки.

Швидкість шлакоутворення значною мірою визначається режимом введення вапна в конвертер. Здавалося б, для прискорення розчинення вапна доцільно вводити всю його кількість на початку продувки, проте такий спосіб присадки вапна призводить до холодного початку процесу, окомковання вапна та уповільнення процесу розчинення його в шлаці.

Найбільш доцільне роззосереджена присадка вапна; введенне дрібними порціями в процесі продувки вапно швидко асимілюється шлаком, однак час його введення затягується і основність підвищується повільно.

Швидкість введення вапна повинна бути узгоджена з підвищенням температури ванни. Основним теплоносієм в перший період конвертерної плавки є кремній. Не можна допускати, щоб прихід теплоти в ванну (за одиницю часу) від окислення кремнію Q_Si був менший, ніж витрата його на нагрів вапна Q_вап, тобто швидкість окислення кремнію повинна відповідати швидкості введення вапна:

dQвап / dτ = dQSi / dτ

(1.5)

Для нагрівання вапна до температури ванни необхідно теплоти:

dQвап =CptdGвап

(1.6)

Від окислення кремнія виділяється теплоти:

dQSi=Gчав/100 qdSi

(1.7)

Отже має зберігатися нерівність:

Cp tdGвап=Gчав/100 qdSi

(1.8)

де С_р - теплоємність вапна; G_вап, G_чав - відповідно маса вапна і чавуну; q - тепловий ефект окислення кремнія.

Отримала поширення практика присадки частини вапна в завалку, тобто до заливки чавуну. У цьому випадку вапно раніше прогрівається і раніше досягається більш висока основність шлаку. Однак збільшення кількості вапна, завантаженного в завалку, призводить до переохолодження розплаву, збільшенню тривалості запалювання плавки, при цьому спостерігається підвищена схильність до викидів, характерна для холодного початку процесу.

Добавки, які підвищують реакційну здатність шлаку, вводять в різні періоди плавки разом з вапном або окремо.

Найбільш сильним і поширеним розріджувачем в киснево-конвертерному виробництві є плавиковий шпат (CaF₂) - навіть при невеликих його добавках (2-3 кг/т сталі) різко зростає реакційна здібність шлаку. Плавиковий шпат не знижує вміст оксиду кальцію в шлаці, оскільки містить іон Са^{2 +}.

Введення в шлак плавикового шпату підвищує активність оксидів заліза в шлаці в результаті відтискування слабким по електростатичного впливу іоном F^1- (для F^1- відношення електричного заряду до квадрату радіуса n = 0,56, що близько до значення n для комплексного іона SiO ^44- -0, 51) сильного аніону О₂ '(n = 1,14) у напрямку до сильного катіону Fe ^{2 +}, сприяючи тим самим мікророзслоювання шлака і прискоренню розчинення вапна.

Присадки плавикового шпату дозволяють вести процес при меншій концентрації оксидів заліза в шлаці. Підвищуючи рідкоплинність шлака і активність оксидів заліза, ці присадки порушують динамічну рівновагу між киснем дуття, шлаком і металом, тим самим звільняються надлишкові кількості оксиду заліза, які відразу вступають в реакцію з вуглецем, про що свідчить короткочасне збільшення вмісту СО (СO₂) у відхідних газах після присадки шпату. Далі процес йде в нових умовах динамічної рівноваги вже з меншою кількістю оксидів заліза, причому дія плавикового шпату проявляється до кінця плавки; баланси CaF₂ показують, що це з'єднання практично не випаровується в процесі продувки.

Витрати плавикового шпату на плавку зазвичай не перевищують 0,5 % маси металошихти. Присаджують його в основному на самому початку продувки або під час згортання шлака при інтенсивному обезвуглецюванню.

У зв'язку із зростаючим дефіцитом плавикового шпату і високою його вартістю (одержання якісного металургійного плавикового шпату вимагає великих витрат) досить інтенсивно ведуться пошуки його замінників. Випробувані порошкові суміші та брикети плавикового шпату з різними матеріалами - прокатною окалиною, бокситом, колошниковим і конвертерним пилом у різних співвідношеннях, ільменітовою рудою (основний компонент TiO₂); дослідження не виявили їх переваг перед чистим шпатом.

Широко ведуться дослідження можливості використання в конвертерній плавці різних мінеральних речовин і відходів виробництв кольорової металургії. Позитивні результати отримані при застосуванні борвмісних речовин.

В системі СаО-В₂O₃ є ряд сполук, температури плавлення яких складають від 990 °С (СаO · В₂O₃) до 1310 °С (2СаO · В₂O₃), що сприяє ранньому розрідженню шлака. Лабораторні дослідження, які виконали Родопман і Джуржей, показали, що містять бор речовини - колеманіт, улексит, бура (табл.1.2) знижують температуру плавлення киснево-конвертерних шлаків, що містять 9,9-13,7 % МnО, 16,0-17, 8 % Si02, 36,5-48,2 % СаО, 2,5-4,0 % MgO, 19,3-28,0 % FeO, до 1340-1370 °С. За ступенем впливу на температуру плавлення шлака зазначені мінерали розташовуються таким чином: колеманіт, бура, плавиковий шпат, улексит. Рідкоплинність і основність шлаків, отриманих при використанні колеманіта, вище, ніж у шлаків з плавикового шпату. Однак при вмісті в шлаці В₂O₃ вище 2,5 %, на відміну від плавикового шпату, значно погіршуються процеси десульфурації і дефосфорації.

Досліди, проведені в 400-тонних конвертерах при переділі чавуну з вмістом фосфору 0,20-0,25 %, підтвердили ефективність використання колеманіта замість плавикового шпату, як флюсуючий додаток в кількості, що забезпечує утримання В₂O₃ в кінцевому шлаці в межах 0,5-1 %. Витрата колеманіта склала 20 кг/т вапна (витрата плавикового шпату - 29 кг/т).

Таблиця 1.2.

Хімічний склад борвмісних речовин і плавикового шпату, %

Матеріал	SiO2	CaO	CaF2	B2O3	Na2O	H2O	S
Колеманіт Улексит Бура Плавиковий шпат	2,34 1,21 -   4,44	27,00 15,00 -   12,08	- - -   55,63	41,23 45,61 36,45   -	0,8 8,14 16,20   -	3,55 7,94 47,2   4,65	0,044 0,004 -   0,14

Доцільність використання колеманіта зростає при переділі фосфористих чавунів, оскільки в плавиковому шпаті міститься фтор, що знижує розчинність п'яти окисів фосфору в лимонній кислоті, а це є показником придатності фосфат шлаків для використання в якості добрив у сільському господарстві.

Задовільні результати отримані при використанні замість плавикового шпату нефелінових руди - ортита, що містить 39,6-46,0 % SiO₂, 17,1-28,7 % Al₂O₃, 4,3-12,5 % Fe₂O₃, 7,4-14,4 % СаО, 0,08-0,14 % S, 0,52-0,96 % Р₂O₅, 8,3-17,3 % Na₂O+К₂O, 0,6-1,9 % Н₂O. Температура плавлення ортита знаходиться в інтервалі 1255-1375 °С. Технологічні показники плавок, проведених з нефеліновою рудою, не гірші, ніж при роботі з плавиковим шпатом. В даний час ортит успішно застосовують в конвертерах ємністю 160 і 350 т на Західно-Сибірському металургійному комбінаті.

В якості можливих замінників плавикового шпату можуть розглядатися такі природні мінерали, як флюоритизований вапняк (36-40 % СаО; 12-13 % SiО₂,11,5-12,5 % CaF₂; 22-24 % в п.п.) і флюоритова руда (25% CaF₂), при випробуванні яких в 250-350-тонних конвертерах отримані задовільні результати.

Для управління шлакоутворенням змінюють параметри дуттевого режиму. До параметрів дуттевого режиму при верхній продувці слід віднести, насамперед, число сопел в фурмі, кут їх нахилу до вертикальної осі, висоту фурми над ванною, витрата кисню. Ці параметри визначають так звану жорсткість дуття, яка характеризується енергією взаємодії кисневого струменя з ванною. М'яке продування досягається розсоредженням подачі дуття в ванну - збільшенням числа сопел, кута їх нахилу, діаметра окружності розташування вісей сопел в торці накінечника, а також більш високим підйомом фурми над ванною і зменшенням інтенсивності продувки і забезпечує значну витрату кисню на окислення заліза і, тим самим, прискорення переходу вапна в шлаковий розплав.

Найбільш гнучко й оперативно управляти процесом шлакоутворення в ході продувки дозволяє зміна висоти фурми над ванною і регулювання хвилинної витрати кисню. Вивчено вплив цих параметрів на кількість кисню Vo₂ Fe, витраченого на окислення заліза в шлак:

lgVo2 Fe=a1 h2+b1

(1.9)

lgVo2 Fe=a^2/(Q^2+b2)	(1.10)

де h - відстань між фурмою і рівнем спокійної ванни, мм; Q - витрата кисню, м³/хв; а₁, а₂, b₁, b₂ - постійні коефіцієнти.

З розглянутих рівнянь випливає, що кількість кисню, що витрачається на окислення заліза, що переходить з металевої ванни в шлак, є функцією вмісту вуглецю в металі, витрати кисню і положення фурми над рівнем ванни. Рівняння, що враховує дію всіх трьох незалежних змінних, має наступний вигляд:

lgVо2 Fe=a1h^2+a2/(Q^2+a2) lg[C]

(1.11)

Чисельні значення коефіцієнтів a₁, а₂, а₃ рівняння можуть бути знайдені для будь-якого конкретного конвертера.

На практиці продувку починають при високому положенні фурми, збільшуючи тим самим не тільки вміст оксидів заліза в шлаці, а й надходження теплоти в ванну внаслідок його окислення, оскільки реакція [Fe]+1/2{О₂} = (FeO) супроводжується виділенням 4800 кДж на 1 кг заліза, що також сприяє прискоренню шлакоутворення. Аналіз практики роботи конвертерів показує, що зі збільшенням діаметра ванни конвертера D_в початкова висота фурми Н_поч повинна зростати приблизно за такою залежністю:

Нпоч = 0,56 Dв-0,06.

(1.12)

При збільшенні діаметра ванни зростає площа її поверхні і для того, щоб струмені кисню охоплювали більшу поверхню, потрібно більш високе положення фурми.

На практиці продувку починають при високому положенні фурми, збільшуючи тим самим не тільки вміст оксидів заліза в шлаці, а й надходження теплоти в ванну внаслідок його окислення, оскільки реакція [Fe] +1/2 {О₂} = (FeO) супроводжується виділенням 4800 кДж на 1 кг заліза, що також сприяє прискоренню шлакоутворення. У процесі з донною кисневої продувкою регулювання шлакоутворення дуже обмежене, оскільки можливе лише шляхом зміни витрати кисню через днище. Для формування реакційноздатного шлаку в цьому випадку застосовують, як правило, порошкоподібне вапно.

Дата добавления: 2015-08-31