3.3Ковшевой шлак

Шлак должен обладать следующими свойствами:

• Быстрое растворение при низкой температуре

• Оптимальная вязкость

• Хорошая способность к поглощению неметаллических включений и серы

Рис. 15 представлена трехфазовая диаграмма шлака, на которой показаны две предпочтительные зоны. Зона (1) для стали, раскисленной кремнией, зона (2) – для раскисленной алюминием. Диаграмма шлаковых фаз является ориентировочной. Температуры свыше 1600 °C приемлемы для растворения шлака в силу нагрева стали погруженными дугами.

Рис. 15 Диаграмма шлаковых фаз для системы CaO-Al₂O₃-SiO₂

Углеродистые марки стали раскисляются кремнием или алюминием. Примерные составы ковшевых шлаков представлены в таблице.

Таб. 6 Состав ковшевых шлаков (типовой)

Состав шлака	Раскисление кремнием [1]	Раскисление алюминием [2]
	(%)	(%)
CaO	40 ~ 50	45 ~ 60
MgO	 10	 10
Al2O3	 20	25 ~ 40
SiO2	25 ~ 40	 20
FeO + MnO	< 0.5	< 0.5

В сумме CaO, Al₂O₃ плюс SiO₂ должно получиться около 90 %. Доля MgO в шлаке должна составлять 5-10%, чтобы минимизировать износ огнеупорной футеровки. Синтетическая шлаковая смесь должна выполняться после легирования. Смесь большей частью состоит из извести (CaO), и алюминатов (Al₂O₃ или боксит). Если имеется доломитовая известь, то доля MgO должна составлять не более 5%.

Плавиковый шпат (CaF₂) из экологических соображений и в целях сохранения стойкости футеровки ковша лучше по возможности не использовать.

При производстве критических марок стали рекомендуется использовать предварительно расплавленные синтетические шлаки из-за низкого содержания водорода и их хорошей растворимости. Однако, их применение ограничено высокой ценой на них.

Чтобы накрыть электрическую дугу и защитить огнеупорный материал, необходимо около 10 кг шлака на тонну стали. Длина электрической дуги определяется ее напряжением. Во избежание науглероживания и в зависимости от мощности и размера ковша рекомендуется установить длину электрической дуги от 50 до 120 мм. Чем больше размер ковша, тем длиннее электрическая дуга.

3.4Десульфурация

Сера, наряду с фосфором, является одной из самых больших проблем при производстве стали. При остывании стали сера осаждается на границах частицы в форме FeS и образует низкоплавкую эвтектику, которая может привести к красноломкости. Снижения содержания серы в стали можно добиться с помощью элементов, обладающих химическим родством с серой, а именно, Ce, Ca, Mg, Na и Mn по сравнению с Fe, или с помощью шлака.

3.4.1Десульфурация с помощью шлака

Оксиды металлов образуют с серой стабильные сульфиды и не растворяются в железе. В отношении извести (CaO) уравнение десульфурации имеет следующий вид:

[CaO] + [FeS] = (CaS) + (FeO)

Так как способность к поглощению шлака у CaS с FeO не безгранична, в особых случаях шлак нужно удалять и добавлять новую известь. Исходя из вышеупомянутой реакции, эффективная десульфурация зависит от следующих факторов:

• Температура шлака.

• Состав ковшевого шлака и его основность.

• Активность свободного кислорода (FeO+MnO).

• Энергия перемешивания, которая влияет на коэффициент массообмена.

• Количество ковшевого шлака.