Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

5.11.2. Обработка стали жидким синтетическим шлаком

Широко используемая в нашей стране для внепечного рафини­рования стали обработка жидким синтетическим шлаком позволя­ет, наряду с глубокой десульфурацией металла, существенно сни­зить содержание в нем кислорода и неметаллических включений. Этот метод обработки стали впервые был предложен в СССР А. С. Точинским и успешно испытан в 1928—1929 гг. Массовое внедрение обработки металла жидким синтетическим шлаком на­чато в 1958 г. под руководством С. Г. Воинова.

Шлаки для внепечного рафинирования стали в настоящее время выплавляют в дугоьой электрошлакоплавильной печи непрерывного действия типа ОКБ-1320. Подина и стены печи футерованы уголь-

Таблица 5.3. Химический состав синтетического шлака

Условное обозначение шлака

Содержание, % по массе

CaO

Al2O3

SiO2

MgO

FeO + MnO

С

I

11*

53-56 53-57

37-41

28-32

2-3 8-12

2-3 4-6

0,5-1 0,5-1

0,05 0,05

* Разрешается присадка CaF2 в количестве 5-8 % сверх 100 %.

Кыми блоками, что обеспечивает получение (FeO) <С 1 % в распла­ве окислов. Вместимость печи — около 75 т. Ее производительность позволяет получать жидкий шлак в количестве, достаточном для обработки до 800 тыс. т стали в год с удельным его расходом 40— 50 кг/’т металла.

Шихтовыми материалами для производства жидкого синтетиче­ского шлака служат свежеобожженная высококачественная из­весть, глиноземистый полупродукт (отходы абразивного производ­ства и ферросплавных заводов), содержащий 60—70 % А120з, иног­да шамот.

Наиболее эффективны известково-глиноземистые шлаки (шлак Ir табл. 5.3). Коэффициент распределения серы между металлом и та­ким шлаком r]s=(% S)/[% S] превышает 50. В некоторых случа­ях [ (SiO2O %, (FeO) <1 %] значение Tis достигает 160—200. Со­держание серы в металле после обработки жидким синтетическим шлаком [SJkoh можно рассчитать по известному балансовому урав­нению

[S]K0H = [S]Ha4/(l + O1OlTis тш),

Где [S]нач — содержание серы в металле перед обработкой жидким синтетическим шлаком; тш = 4 — 6 % — отношение массы синте­тического шлака к массе металла, %• При тт = 4 % и минималь­ном значении tis = 50 степень десульфурации металла

Г _ [SUn - ISh0fi __ 0-01-9S тш дес— [S]„a4 1 +O1Olrls тш

Составит 0,667, a [SJk0h = 0,333 [SJila4. Это значит, что при указан­ных составе и количестве жидкого синтетического шлака [S] снижа­ется в три раза (например, при [SJira4=O,03; [S]koh=0,01). Резуль­таты подобных расчетов близки к опытным данным, пол ученным в отделении внепечного рафинирования стали кислородно-конвертер — ного цеха завода «Азовсталь», а также С. Г. Воиновым и сотрудни­ками, согласно которым при = 6% и [SJna4 = 0,028— 0,033 [SJкоп = 0,006—0,009.

Иногда для экономии дефицитного глинозема используют жид­кий синтетический шлак с повышенным (SiO2) (табл. 5.3, шлак II). В этом случае снижаются Tis и степень десульфурации металла.

Одновременно с десульфурацней металла происходит и его диф­фузионное раскисление. В связи с очень малой O(FeO) достигается и весьма низкое [О], так как по закону распределения

[О] = A(Fe0)A0 , (5.15)

Где O(FeO) = (FeO) iY(FeO) — активность FeO в шлаке; Y(FeO) — коэф­фициент активности закиси железа в шлаке; L0 — коэффициент рас­пределения кислорода между металлом и шлаком (при 1873 К ^o = = 0,0023, если aFeo выражена в %).

В момент равновесия системы металл — шлак [0]Кон будет меньше [О] нач, а (FeO) кон — больше (FeO)na4- На основе матери­ального баланса системы при [0]КОн= (FeO)KOHy(FeO)Ao получаем

Roi — "^(FeO) lO {16(FeO)начтш + [0]нач7200} 1 Jkoh~ 1бтш + 7200Т(РеО) I0 ‘ (5ЛЬ)

Если, например, [0]Нач = 0,02; (FeO)ira4 = 0,5 %; тш = 4 %; T(FeO) =1; L0 = 0,0023, то [О]кон = 0,0023 (32+144)/(64+16,6) = = 0,005 %•

Технология внепечного рафинирования стали с помощью жидко­го синтетического шлака сводится к следующему. Жидкий синтети­ческий шлак, имеющий температуру 1650—1750 °С, выпускают в на­гретый (900—IOOO0C) передаточный ковш (за 10—15 мин до вы­пуска плавки из конвертера). За 3—5 мин до выпуска плавки шлак переливают в сталеразливочный ковш. Металл при этом энергично перемешивается со шлаком и обе жидкие фазы дробятся на мелкие капли, что увеличивает поверхность контакта и ускоряет приближе­ние системы к равновесию. Для увеличения степени использования рафинирующей способности шлака время выпуска качественной стали из большегрузного конвертера увеличивают до 8—10 мин. В некоторых случаях дополнительно повышают степень десульфу­рации, раскисления металла и глобуляризации неметаллических включений тем, что во время выпуска в струю стали вводят порош­кообразные раскислители (FeSi, SiCa, алюминиевая дробь), а после предварительного усреднения химического состава и температуры продувают металл в ковше аргоном в течение 2 мин, погружая фур­му ниже уровня шлак — металл. Для лучшей десульфурации ме­талла не допускают попадания конвертерного шлака в ковш в на­чале и конце выпуска.

В некоторых случаях (производство стали для труб большого диаметра в северном исполнении) одного только рафинирования жидким синтетическим шлаком недостаточно для получения требу­емой ударной вязкости стали при низких температурах. Необходимо понизить [S] до 0,003—0,005 %, что достигается на НЛМЗ в резуль­тате комплексной обработки металла, включающей десульфурацию чугуна вдуванием гранулированного магния, обработку стали жид­ким синтетическим шлаком с отсечкой на выпуске конвертерного шлака и последующую ее продувку аргоном с одновременным вду­ванием кальцийсодержащих материалов и РЗМ. Как отмечено в ра­ботах Центрального научно-исследовательского института черной металлургии (ЦНИИЧМ), выполненных под руководством Н. П. Ля — кишева и А. Г. Шалимова, при такой технологии не только умень­шается [S] (менее 0,005 %), но примерно в три раза снижается об­щая загрязненность металла включениями всех видов, а оставшиеся принимают глобулярную форму.