Шляхи поліпшення шлакоформування

Для прискорення шлакоутворення пропонуються різні способи:

- поліпшення якості вапна (збільшення йог реакційної здатності);

- попереднє подрібнення;

- застосування доломітизованого вапна);

- заливання в конвертор готових рідких шлаків, використання кінцевих шлаків попередньої плавки;

- застосування спеціальних плавнів і флюсів (плавикового шпату, колеманіта);

- виготовлення і застосування штучних флюсів (агломерату, окатишів, брикетів, спеціальних сортів вапна);

- вдування пилоподібною вапна та ін.

Більш повному і швидкому розчиненню вапна і утворення шлаку потрібного складу сприяють:

1) Оптимальний склад переробляємого чавуну. Збільшення вмісту кремнезему в шлацы понад певної межі, при підвищенні концентрації кремнію в чавуні ускладнює розчинення вапна, зменшує активність закису заліза в шлацы в першій половині плавки (при основності менше 1,7), знижує активність оксиду кальцію і цим погіршує кінетичні термодинамічні умови видалення з металу сірки і фосфору. З іншого боку, при надмірно низькому вмісті кремнію в чавуні і кремнезему в шлаці погіршуються процеси шлакоутворення, видалення сірки і фосфору в зв'язку зі зменшенням кількості шлаку і несприятливими змінами його фізико-хімічних властивостей. Для отримання в останній третині плавки шлаку, що активно розчиняє вапно і порівняно рідкоплинного, з в'язкістю не більше 0,4 пз, що дозволяє проводити відбір проб без його роздування, замірення температури металу,злив шлаку і виключає заметалювання фурми, вміст кремнезему в шлаці повинний дорівнювати 17-18 %.Враховуючи це і необхідність забезпечення достатньої кількості шлаку для видалення сірки ([S] _чав = 0,05-0,06 %) і фосфору, можна рекомендувати наступні оптимальні вмісти кремнію в чавуні: при охолодженні плавки ломом (24-26 % від ваги садки) - 0,7-0,8 %, при охолодженні рудою - 0,3-0,45 %. При такому вмісті кремнію в чавуні у зв'язку з швидким його окисленням концентрація SiO₂ в шлаці на початку і в середині плавки буде дещо вищою оптимальної, і тому слід вживати заходів, що прискорюють розчинення вапна.

При підвищенні вмісту марганцю в чавуні збільшується кількість його оксидів в шлаці, прискорюється розчинення вапна, хоча при високій його концентрації істотно збільшується чад металу. Доцільно мати в чавуні 0,7-0,8 % марганцю. Цілком можлива переробка чавунів і з пониженим вмістом марганцю (0,3 %). Однак при цьому, якщо не вжити відповідних заходів, зростають винос і втрати металу, збільшується ймовірність заметалювання фурми, горловини конвертера і поверхні кесона, і для поліпшення шлакоутворення необхідні спеціальні заходи - збільшення витрати плавикового шпату, зміна положення фурми в процесі плавки та ін.

2) Присадки оксидів марганцю в шлак у вигляді марганцевмісного вапняку, марганцевмісного вапна, а також марганцевої руди. В останньому випадку в шлак вноситься значна кількість кремнезему. Введення оксидів марганцю в шлак найбільш доцільне при переділі низькомарганцового чавуну.

3) Підтримка в ході продування оптимальних співвідношень окисленості шлаку і швидкості окислення вуглецю, при яких досягається найбільша швидкість розчинення вапна. Величини цих оптимальних співвідношень залежать від температури ванни і для різних періодів плавки вони різні. Тому доцільно змінювати положення фурми або витрати дуттевого кисню за певною програмою, що забезпечує оптимізацію процесу.

4) Підвищення вмісту в шлаці MgO до оптимального межі - близько 6 % [6]. Це сприяє зменшенню в'язкості шлаку і швидкому розчиненню вапна, а також підвищенню стійкості футерівки конвертерів. Дослідження вітчизняних і зарубіжних заводів свідчать про позитивні результати роботи при використанні магнезіального вапна і доломітизованого вапняку.

5) Підвищення температури ванни і перегріву шлаку щодо температури його плавлення. При гарячому ході операцій шлакоутворення прискорюється, збільшується ймовірність оплавлення поверхневих шарів ошлакованних шматків вапна, але в решті плавки надмірно висока температура шкідлива, оскільки при цьому зменшується повнота окислення фосфору, що негативно позначається на якості сталі. Тому найбільш доцільним вважається наступний температурний режим: гарячий початок операції і нормальна температура ванни в кінці продувки.

При роботі з високою витратою брухту і введення його однією порцією початок плавки, як уже зазначалося, протікає холодно, формування шлаку погіршується, і на це необхідно звертати особливу увагу.

6) Введення в шлак спеціальних флюсів, що розріджують його і сприяють розчиненню вапна [7].

7) Застосування м'яко обпаленого вапна, що швидко реагує. М'яко обпалене вапно має розвинену дрібнокристалічну структуру, велику пористість, що визначає його високу реакційну здатність. При цьому на деяких заводах воліють мати в центрі шматків вапна розміром понад 35 мм невелике ядро вапняку, що запобігає перевитраті вапна в печах і сприяє швидкому його розчиненню внаслідок розтріскування при попаданні в шлак. Перспективне застосування вапна з обмеженим розміром шматків (10-40 мм) і вапна, отриманої в печах «киплячого» шару, яке має досить високу реакційну здатність. При розмірі часток вапна менше 5-10 мм різко збільшується його винесення. Вдування пилоподібного вапна пов'язано з ускладненням виробництва, тому при переділі звичайного мартенівського чавуну в кисневих конвертерах навряд чи доцільно.

Підвищення якості вапна є одним з дієвих і ще недостатньо використаних важелів (резервів) поліпшення шлакоутворення. Необхідний безперервний контроль реакційної здатності вапна на заводах і негайне усунення причин, що зменшують його.

8) Попередня підготовка шлакоутворюючих матеріалів. Перспективність цього напрямку підтверджується успішними дослідами застосування синтетичного вапна, що містить до 10 % оксидів заліза, а також вапна, «забрудненого» до 20 % оксидами Fe₂O₃, MgO і Al₂O₃. Застосування такого вапна прискорює його перехід в шлак, підвищує вихід придатного і збільшує ступінь видалення з металу шкідливих домішок - сірки і фосфору. Позитивні результати дає також застосування вапна, просоченого оксидами марганцю. Проте організація виробництва зазначених вище видів вапна пов'язана зі значними труднощами.

При випалюванні такого вапна відбувається злипання його шматків, налипання вапна на футерівку випалювальних печей з утворенням «настилів», часткове руйнування кірки на шматочках вапна, збагаченого оксидами заліза або марганцю, втрати цих оксидів на холодильниках обертових печей.

Заслуговують на увагу пропозиції застосовувати огрудкованих матеріалів, які з конвертерного пилу, окалини або інших речовин, що містять оксиди заліза, а також плавиковий шпат (або соду і вапно).

У цьому напрямку особливо перспективне застосування синтетичних матеріалів, виготовлених з порошкоподібних сумішей, що володіють великою поверхнею контакту фаз, і містять значну кількість легкоплавких (~ 1200 °С) феритів кальцію. До числа таких матеріалів відносяться, в першу чергу, високоосновні обпалені окатиші і агломерат (основність більше 3 і з вмістом СаО понад 25 %). Дослідженнями встановлено, що при використанні високоосновного агломерату в кількості 20-60 кг на 1 т сталі шлакоутворення значно поліпшується і йде по шляху, який прискорює асиміляцію вапна шлаком і зростання його основності. Застосування високоосновного агломерату значно наближає шлях зміни складу шлаку в конвертері до бажаного шляху шлакоутворення, розташованому в зоні найбільших швидкостей розчинення шлаком вапна, а при високих витратах агломерату призводить до майже повного їх збігу.

При використанні високоосновного агломерату шлак значно швидше наближається до стану насичення вапном і трьохкальцієвим силікатом, чим забезпечується надійне видалення шкідливих домішок.

Прискорене формування шлаку на всіх етапах продувки при застосуванні високоосновного агломерату зумовлює істотне поліпшення умов служби вогнетривів і підвищення всіх техніко-економічних показників киснево-конвертерного процесу.

9) Усунення грудкування вапна:

а) розосередження дуття у зв'язку з більш рівномірним в обсязі ванни виділенням оксиду вуглецю і перемішуванням значно зменшує ймовірність огрудкування вапна, особливо в периферійних ділянках ванни. При однострумковій фурмі спостерігається бурхливе виділення СО і фонтанування в центрі ванни, слабке перемішування на її периферії, що сприяє злипанню шматків і комкованию вапна в цій зоні.

Для запобігання та зменшення грудкування вапна число сопел в кисневій фурмі n, мабуть, слід збільшувати пропорційно зростанню площі ванни (S_в)∙:

nмакс=kSв≈k1 Q/H0

(1.13)

де Q - ємність конвертера, т; Н₀ - глибина спокійній ванни; k, k₁ - коефіцієнти пропорційності;

б) залишення в конвертері частини шлаку і застосування кінцевих сталеплавильних шлаків покращує шлакоутворення, збільшує кількість шлаку на початку плавки і знижує ймовірність грудкування вапна, але має і недоліки: труднощі заливки чавуну і підвищення тривалості циклу плавки в разі застосування рідких шлаків, збільшення ймовірності викидів і ін. Оптимальні результати досягаються при залишенні близько 1/3 шлаку;

в) введення вапна «під чавун» скорочує пасивний період розчинення вапна в процесі продувки і прискорює процес шлакоутворення, проте може призводити до заростання днища конвертера і збільшує цикл плавки. Доцільно збільшувати до деякої межі число порцій вапна, що вводяться по ходу продувки, розосереджуючи в часі введення кожної порції. Зосереджений введення в ванну значної кількості вапна сприяє її грудкуванню. З підвищенням інтенсивності продувки з'являється необхідність і можливість, у зв'язку із зростанням потужності перемішування ванни, більш зосередженого і раннього введення вапна без його грудкування.

10) Поліпшення шлакоутворення при інтенсифікації продувки. Коефіцієнт масопереносу β в конвертерній ванні визначається потужністю його перемішування і швидкістю окислення вуглецю:

β≈k2 (TVC)^a≈k3 Iо2^a

(1.14)

де Io₂ - інтенсивність продувки, м³/т хв; Т - температура ванни, К; а = 0,7-0,8 - показник ступеня. З рівняння (1.14) випливає, що при інтенсифікації продувки має місце деяке відставання в рості швидкості масопереносу і, отже, розчинення вапна від зростання Iо₂) і скорочення тривалості плавки, обернено пропорційною Iо₂), що вже зазначалося вище. Підвищення інтенсивності продувки має супроводжуватися розосередженням дуття (збільшенням числа сопел в фурмі), що впливає на шлакоутворення протилежно Iо₂, у зв'язку зі зменшенням грудкування вапна і деяким підвищенням окисленності шлаку в цьому випадку. Збільшення числа сопел в фурмі впливає протилежно підвищенню інтенсивності продувки і на рівень ванни, визначальний ймовірність викидів металу і шлаку. Тому для усунення викидів та покращення шлакоутворення при підвищенні інтенсивності продувки слід збільшувати число сопел в фурмі відповідно до наближеним рівнянням:

n≈k4 Iо2х

(1.15)

Величина показника х, за розрахунками авторів, становить близько 1,2. Більш точний аналіз, що враховує вплив глибини ванни на її спучування і характер газовиділення, призводить до вираження:

nмакс≈k Iо2 х Q)/H0

(1.16)

де у < 1.

З рівнянь (1.13) і (1.16) видно, що зростання садки та інтенсифікація продувки для забезпечення нормального ходу плавки повинні супроводжуватися збільшенням ступеня розосередження дуття. При підвищенні інтенсивності продувки посилюється перемішування ванни і прискорюється розчинення вапна з перших хвилин плавки, скорочується тривалість плавки. На Криворізькому металургійному заводі визначено найбільш раціональний, з точки зору поліпшення процесу шлакоутворення і показників плавки, режим присадки вапна в 150-тонний конвертер при підвищеній до 4,2 м³/т. хв. інтенсивності продувки: присадка 40-50 % всьеого вапна на початку продувки, 20-30 % - на 2-й хв. і 20-30 % - не пізніше 4-ї хв. від початку продувки (при її тривалості 12 хв.). У цьому випадку усуваються зазначені вище недоліки процесу шлакоутворення, пов'язані зі зростанням інтенсивності продувки, підвищуються основність, сіро- і фосфоропоглинальна здатність шлаків, збільшується стійкість футерівки.

Різноманітність пропонованих рішень пояснюється складністю додання основнго шлакоутворюючого матеріалу (флюсу) властивостей, які диктуються особливостями сучасного киснево-конверторного процесу.

Дата добавления: 2015-08-31