Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

Технология. Периоды продувки

Томасовский процесс состоит из следующих этапов:

1. Загрузки извести в конвертер в количестве 12—18 % от мас­сы чугуна после выпуска предыдущей плавки, осмотра состояния стен и днища.

2. Заливки чугуна при горизонтальном положении конвертера.

3. Пуска дутья (давление 0,20—0,25 МПа) и подъема конвер­тера.

4. Продувки чугуна. В первом ее периоде окисляются преиму­щественно Si, Mn, часть Fe и незначительно С и Р. Во втором пе­риоде интенсивно окисляется С и частично Р, а в третьем перио-

Рис. 4.4. Изменение содержания при­месей в металле н шлаке, состава от­ходящих газов и температуры метал­ла по ходу нормальной томасовской плавки (обозначения такие же, как на рис. 4.2)

Рис. 4.5. Зависимость Igf(0ZoPsOs) / [%Р]2] от (FeO) и основности шлака при температуре ванны Г= 1873 К

(XP2O5) [%р]г

-W

4 8 12 16 20 (FeO)tVo

Де — P (до 0,05—0,07 %). Пламя во втором периоде менее яркое, чем в это же время в бессемеровском конвертере, потому что в по­следнем выше температура металла и нет выноса частиц извести. Определить момент остановки продувки в томасовском процессе сложнее, чем в бессемеровском, так как падение пламени относит­ся к началу третьего периода, когда развивается лишь интенсив­ная дефосфорация металла и процесс еще не окончен.

5. Повалки конвертера и прекращения дутья (после окисления фосфора).

6. Слива шлака с целью предотвращения восстановления фос­фора из шлака в металл во время раскисления.

7. Раскисления металла и слива металла в ковш.

Графики изменения основных технологических показателей то­масовской плавки представлены на рис. 4.4. В первом периоде про­дувки, как и в бессемеровском процессе, во вторичных реакцион­ных зонах наиболее интенсивно окисляются Si и Mn. Этому спо­собствует низкая температура металла, при которой Si и Mn обладают большим сродством к кислороду. Последнее приводит к благоприятным условиям массопереноса кислорода к месту про­текания реакции окисления рассматриваемых элементов. Кремний окисляется почти полностью в начале плавки. Это характерно для всех основных процессов и объясняется тем, что при наличии шла­ка даже невысокой основности (В « 1) активность кремнезема весьма мала.

В томасовском процессе [Mn] в конце первого и по ходу по­следующих периодов значительно выше, чем в бессемеровском, что связано с термодинамикой и кинетикой реакции

[Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe].

В первом периоде окисляется незначительное количество фос­фора. Это обусловлено большой вязкостью шлака и малой актив­ностью (CaO), а также тем, что известь еще не растворилась в шлаке и циркулирует в ванне в виде крупных кусков с малой удельной поверхностью.

Окисление углерода в первом периоде томасовской плавки час­то протекает несколько быстрее, чем в бессемеровской, так как фосфор значительно снижает температуру ликвидуса расплава (30 К на 1 % Р) и увеличивает перегрев чугуна (Учуг — Уликв)-

В начале первого периода необратимо в связи с повышенной вязкостью жидких фаз окисляется значительное количество железа. Динамическое равновесие двух процессов + {02} =2 (FeO) (в первичных реакционных зонах) и 2 (FeO) =2Feffi + 2[0] (во вторичных реакционных зонах) может быть достигнуто при опре­деленном содержании FeO в шлаке, и тем большем, чем ниже тем­пература, выше вязкость металла и меньше скорость растворения кислорода в нем. Лишь к концу первого периода с ростом темпе­ратуры металла устанавливается невысокое (FeO) = 10—12 %.

В первый период продувки шлаки содержат очень мало P2O5 из-за низкой основности и небольшой по з^той причине скорости окисления фосфора, газы состоят в основном из азота (90—95 %), незначительного количества СО и CO2 O2, концентрация послед­них при физически холодном чугуне доходит до 10 % — Температура металла в конце первого периода составляет 1623—1673 К. Она меньше, чем в бессемеровской плавке, где выше начальная темпе­ратура чугуна и [Si]4yr-

Во втором периоде продувки в связи с повышенной температу­рой металла, отсутствием в нем кремния и низким [Mn] создают­ся благоприятные термодинамические и кинетические условия для преимущественного окисления углерода. В это время на окисле­ние углерода используется не только весь поступающий в ванну кислород, но и часть ранее накопившейся в шлаке закиси железа. Подтверждением этого является уменьшение (FeO) по ходу про­дувки. Во второй половине периода система металл — шлак при­ближается к равновесию по марганцу, а в конце периода и начале третьего значительное количество марганца восстанавливается из шлака в металл. Явление, получившее название «марганцевый горб», обусловлено повышением температуры (падением Кмп) и ростом Y(MnO) (вследствие увеличения содержания CaO и снижения SiO2 в шлаке).

Фосфор во втором периоде окисляется все еще медленно из-за малой й(РеО) и недостаточной а(сао), так как растворение извести в шлаке завершается лишь в третьем периоде.

Удаление серы из металла в первом и втором периодах продувки незначительно, что связано с небольшой основностью и недостаточной гомогенностью шлака, а также поступлением в ме­талл заметного количества серы, содержащейся в извести.

Газы второго периода содержат 30—35 % СО и 60—65 % N2. Это соответствует стехиометрии суммарной реакции 2[С] + (O2) + ;+> 3,762 (N2) = 2 {СО}+3,762 (N2).

Температура металла к концу периода возрастает примерно до Ji773 К, но так как к этому времени углерод окисляется до 0,1— 0,15 %, то перегрев металла резко уменьшается (по данным не­мецких исследователей, может быть даже отрицательным). Во всех случаях перегрев металла в конце второго периода томасов­ского процесса ниже, чем бессемеровского, так как главный тепло­носитель — фосфор окисляется лишь в третьем периоде.

В третьем периоде одновременно с быстрым окислением фос­фора необратимо окисляется значительное количество железа, ко­торое в виде FeO переходит из зоны дутья в шлак. Резкое увеличе­ние (FeO), обусловленное низким [С], приводит к интенсивному растворению в шлаке еще неусвоенной извести и росту а(саО)- Не­смотря на повышенную температуру, вызывающую снижение кон­станты равновесия реакции окисления фосфора Kp, термодинами­ческие условия для дефосфорации в третьем периоде весьма благо­приятны, так как высокие значения a(FeO) и а(сао> с избытком компенсируют уменьшение Kp, что обеспечивает непрерывное сни­жение [Р] рэвн. ш до небольших величин со скоростью, зависящей от диффузионных перепадов концентраций фосфора в пограничных слоях металла и шлака.

На основе кривых рис. 4.5, полученных А. Д. Крамаровым и вполне применимых для конца третьего периода, можно прибли­женно рассчитать содержание фосфора в металле в момент окон­чания продувки уравнению

Где А = 229/(MmFp)-, Mm и Рисх — масса шлака и фосфора в ван­не (металле и шлаке), % от массы металла; Fp= (P2O5)/[Р]2; 2,29=142/62 — отношение массы P2Os к массе фосфора в его пятиокиси. Если, например, РИСх = 2 %; Mm = 25%; (FeO) = = 18 %; B = (Ca0)/(Si02 + P205) = 2,2, то Fp = 16000 (см. рис. 4.5). По уравнению (4.7) получаем [Р]равн. ш = 0,034 %.

В томасовском процессе третий период неизбежен, так как при донной продувке (без вдувания в металл порошкообразной извести или ввода в агрегат специально изготовленного жидкого известко — во-железистого шлака) невозможно осуществить раннюю дефосфо- рацию металла. Это один из значительных недостатков томасиро — вания. В конце продувки металл всегда содержит очень мало угле­рода (менее 0,04 %), много азота (более 0,02 %) и кислорода (более 0,08 %).

По ходу третьего периода [Mn] снижается примерно до 0,1 %, что близко к условиям равновесия реакции его окисления, проте­кающей на границе металл — шлак. С ростом a(FeO) падает [Mn]равн. ш = а(МпО)/Ci(FeO)KMn — В третьем периоде формируются основные шлаки (В = 2—2,3), которые одновременно являются железистыми [(FeO) =18—20%] и высокофосфористыми [(Р2О5) = 16—20 %]. Температура металла и его перегрев в это время резко возрастают за счет окисления фосфора (около 85 К на 1 % P)- В результате в конце продувки перегрев металла до­статочен для нормальной разливки, а в ряде случаев ванну необ­ходимо даже охлаждать.