Роль шлака при производстве стали

Шлаковый расплав является побочным, вспомогательным и неизбежным продуктом плавки, но при производстве стали шлак выполняет ряд следующих важных технологических функций.

1. Сорбция – поглощение шлаком вредных примесей (S, P), а также неметаллических включений, всплывающих к границе раздела металл – шлак в результате перемешивания и обработки металлического расплава. Всплывание включений происходит в результате разницы в плотностях между включением и металлом.

ρ_Me >> ρ_НВ (6,9 кг/м³ >> 2 - 3 кг/м³)

2. Защитные свойства. Защитные покровные свойства шлаков обеспечивают предотвращение насыщения объема металлического расплава газовыми примесями (H₂ и N₂), источником которых является газовая атмосфера.

3. Шлаковый расплав способствует передачи тепла от источника тепла (электрическая дуга, факел) в объем металлического расплава с целью поддержания заданного температурного режима. Кроме того, шлак защищает металл от температурных потерь.

4. Шлак является передатчиком кислорода из газовой фазы к металлическому расплаву.

Состав шлаков (периодов плавления, окисления) будет определяться конструкцией печи, характером футеровки (кислая, основная), наличием или отсутствием систем охлаждения стенок свода (при наличии в шлак будет поступать меньше оксидов магния и хрома и шлак будет менее вязким), удельной мощностью трансформатора, газоотводом, составом шихты (рассказать про МС – поступление пустой породы).

Подавляющая часть дуговых печей работают с основной футеровкой: MgO, MgO+C и только несколько десятков печей в литейных цехах имеют кислую футеровку (динас – SiO₂).

В том случае, если выплавка электростали проводится на современных высокомощных печах (удельная мощность трансформатора составляет 600 – 1000 кВ*А/т) шлак предназначен в основном для удаления фосфора.

На печах малой и средней мощности (250 – 450 кВ*А/т) печной шлак также помимо дефосфорации активно участвует в процессах десульфурации. На печах малой и средней мощности для шлакообразования дают руды и извести порядка 1,5 – 2,0% от массы завалки.

В зависимости от мощности печного трансформатора и интенсивности подачи газообразного кислорода в ванну процесс образования шлака происходит без введения руды. Если печь работает с болотом (остаток 15 – 20% металла предыдущей плавки + приблизительно 50% шлака предыдущей плавки) окисление железа происходит очень интенсивно. В результате мы имеем следующие положительные моменты:

- отсутствие присадки руды;

- значительный вклад в энергетический баланс от окисления железа.

Отрицательный момент – повышенный угар металлозавалки.

Эти печи, как правило, работают на подготовленном товарном ломе, то есть используют 3 корзины в завалку, а то и больше. Поэтому интенсивное применение кислорода приводит к повышенному износу футеровки и окислению электродов.

Основность шлака зависит от удельной мощности трансформатора. На печах маломощных (250 – 450 кВА/т) основность шлака плавления поддерживают на уровне 1,7 – 2,0 (% CaO/ % SiO₂), а на высокомощных (800 – 1200 кВА/т) можно иметь основность 2,5 – 3,0, Это обеспечит более глубокую десульфурацию в период плавления, а также частичное удаление серы (20 – 25%).

Рис. 3.4. Зависимость основности шлака от уд. Мощности трансформатора

Рис. 3.5. Зависимость количества удаляемого фосфора (%) от основности шлака

Необходимо учитывать, что при любой мощности трансформатора и при любой температуре порядка 8-12% извести находится в шлаке в твердом состоянии (нерастворенная – шлак гетерогенен) и практически не принимает участие в дефосфорации и десульфурации

Температурный режим процессов плавления и окисления будет определяться интенсивностью удаления фосфора. Все реакции по окислению фосфора идут с большим выделением тепла, поэтому при высоких температурах наблюдается процесс рефосфорации. Подавить переход фосфора из шлака в металл можно путем постоянного скачивания высокофосфористого шлака и наведением нового шлака путем присадки извести при температуре не ниже 1000 °С.

Рис. 3.6. Зависимость изменения содержания фосфора в металле от температуры

В печах с высокой мощностью трансформатора шлак плавления и окисления должен обеспечить удаление фосфора на 70 – 80%. Причем большая часть уходит вместе со шлаком плавления, так как окислительный период занимает 15 – 20 мин, температура составляет 1650 °С и дефосфорация замедляется.

Удаление серы в мощных печах происходит при ВПО. В ЭДП происходит дефосфорация, расплавление и фиксация углерода, все остальные операции переносятся в ковш на ВПО.

В современных печах работают на длинных дугах, чтоб вводить максимальную мощность в объем печи. Чтобы избежать сильного воздействия излучения на футеровку и на электроды проводят вспенивание шлака путем вдувания углеродсодержащих материалов (углерод, коксик). Вспенивание создают пузырьки СО.

Для вспенивания необходима пониженная основность шлака. Чтобы уменьшить пропитку футеровки шлаками в футеровку добавляют углерод до 15% по массе.

Для удаления Р необходимо повышенное содержание CaO, повышенное содержание FeO, а для вспенивания – эти компоненты вредны. Вспенивание шлака кроме защиты футеровки, защищает и боковые поверхности электродов (боковой износ).

Дата добавления: 2014-01-11