5.4. Технологічні взаємозв'язки

При продувці через дно, в порівнянні з продувкою зверху, дещо змінюється перебіг реакцій окислювання вуглецю, марганцю і фосфору, а також окисленність ванни, спостері­гається інший характер пилоутворення, зростає інтенсивність перемішування, збільшуєть­ся поверхня контакту газ-метал.

Окислювання кремнію при донній продувці з застосуванням кускового і порошкового вапна відбувається в перші ж хвилини і так само, як і при верхній, визначається темпом подачі кисню (рис. 5.6, а, б). У період інтенсивного знекремнювання, коли температура процесу відносно низька, швидкість окислювання марганцю невелика - 0,06-0,010%/хв. При верхній продувці цей період характеризується більш високою швидкістю окислювання мар­ганцю - 0,10-0,25%/хв. Пояснюється це тим, що при донній продувці з перших хвилин почи­нається інтенсивне окислювання вуглецю завдяки більшій міжфазній поверхні контакту кис­ню з металом і наявності кількох (по числу фурм) високотемпературних зон. В результаті цього протягом 20-25% усього часу продувки частка кисню, що йде на окислювання марган­цю, складає при верхній продувці 7-12%, тоді як при донній - лише 2-7%. Тому вже у почат­ковий період донної продувки встановлюється більш високий (на 0,10-0,15% абс.) рівень вмісту марганцю в металі.

При донній продувці змінюються умови окислювання марганцю. Константа рівноваги цієї реакції має вигляд

{FeO) + [Mn] = (MnO) + [Fe]K = a(Mn0)i[Mn]aFe0 і [Мn] = (1/К)а(Мп0) / aFe0 . (5.6)

У певних умовах, що особливо ймовірно для донної продувки, рівноважна з марганцем концентрація кисню в металі, розрахована за виразом

lgKMn = lg(a(Mn0)/a[Mn]-a[0]) = 12760/T, (5.7)

стане менше рівноважної з вуглецем, і [Мп] стане регулятором окисленості металу. Це відбудеться, у першу чергу, при досить низьких вмістах вуглецю і підвищених концентраці-

ях марганцю в металі. В зоні ж високих концентрацій вуглецю розкислююча здатність мар­ганцю нижча, ніж вуглецю, і він не впливає істотно на окисленість сталі.

В міру зниження швидкості окислювання вуглецю і зростання температури ванни, фак­тором, що визначає поводження марганцю, стає окисленість шлаку, що в процесі донної продувки значно нижча, ніж при верхній (рис. 5.7). Тому залишковий вміст марганцю в сталі наприкінці донної продувки на 0,10-0,15% більший, ніж при верхній. Поряд зі зниженням втрат феромарганцю у ковші внаслідок меншої окисленості шлаку це дозволяє знизити його витрати на 20-25%. З цієї ж причини знижуються і втрати алюмінію в ковші і його витрати.

Зниження вмісту оксидів заліза у шлаку і кисню в металі обумовлене значною довжи­ною шляху часток FеО, що утворюються в первинній реакційній зоні, до шлаку і тим, що в результаті інтенсивного перемішування ванни система метал-шлак у більшій мірі наближа­ється до рівноваги по кисню.

При донній продувці загальний вміст окисленого заліза у шлаку протягом значної частини продувки (Fе)заг = 5-7% і підвищується до 10% лише при [С]<0,1% (рис. 5.7). Ця особливість є перевагою процесу (більший вихід рідкої сталі, менший вигар розкислюва­чів, менша кількість неметалевих включень), але утруднює шлакоутворення, дефосфора­цію, десульфурацію, що є недоліком процесу.

При використанні кускових шлакоутворюючих матеріалів реакції видалення фос­фору і сірки починаються при досягненні вмісту вуглецю в металі близько 0,5-0,6% (рис. 5.6, а). Це пояснюється недостатньою швидкістю розчинення вапна і формування шлаку в умовах його порівняно невисокої окисленості. Видалення основної кількості фосфору відбувається при вмісті вуглецю в металі менше 0,2%, при вмісті фосфору в чавуні 0,05-0,25%. Вміст фосфору в сталі менше 0,025% досягається при вмісті вугле­цю нижче 0,05%.

Видалення сірки починається при досягненні основності шлаку не менше 2,0 при вмісті вуглецю в металі 0,5-0,6%; в залежності від початкового вмісту в чавуні ступінь видалення S при вмісті вуглецю менше 0,05% складає 20-40%.

Тому при роботі на кусковому вапні для зниження концентрації фосфору і сірки до необхідного рівня продувку слід вести до вмісту вуглецю менше 0,05%, а для одержан­ня сталі з більш високим вмістом вуглецю проводити навуглецьовування у ковші.

Для одержання середньо- і високовуглецевих сталей із зупинкою продувки на за­даному вмісті вуглецю при передільних чавунах широкого поширення набуло вдування вапна через донні фурми у струмені кисню.

При цьому фосфор видаляється не тільки в рідкий шлак, але й у частки вапна безпосередньо в реакційній зоні, збагаченій оксидами заліза.

У зв'язку з цим дефосфорація металу мож­лива навіть при наявності гетерогенних шлаків, причому рівень дефосфорації металу стає більш високим, ніж це відповідає умовам рівноваги фос­фору між металом і рідким шлаком.

При вмісті фосфору в чавуні менше 0,1% режим вдування вапна не має істотного значен­ня. При концентрації фосфору в чавуні 0,15-0,25% його роль стає більш важливою. Необхід­ною умовою досить повного перебігу дефос­форації є застосування спеціального режиму подачі вапна, що забезпечує одержання основ­ності рідкої складової шлаку на рівні 2,8-3,0 і вмісту оксидів заліза не менше 10%.

Значний вплив на окисленість шлаку справляють режим продувки і кількість фурм Зі зменшенням їх кількості при тих самих параметрах продувки збільшується жорсткість дуття і глибина його проникнення в метал, в результаті чого підвищується окисленість шлаку. Вдування порошкового вапна при незмінній інтенсивності подачі кисню внаслі док великого імпульсу двофазних струменів теж викликає збільшення вмісту оксисню заліза у шлаку.

Одержанню шлаків, що мають високу дефосфоруючу здатність, сприяє вдування разом з вапном плавикового шпату.

Як показала практика роботи конвертерів донного дуття, при використанні порошкового вапна з зупинкою продувки на заданому вмісті вуглецю стабільно забезпечується низь­кий вміст фосфору в металі - 0,010% (а) і 0,020% (б) при початковому (в чавуні) 0,20%:

вміст вуглецю,% до 0,10 0,11-0,30 0,31-0,50 >0,50

частка плавок,% 91,0(а) 47,5(а) 96(б) 80(б).

Процес десульфурації здійснюється в період вдування порошкового вапна зі швид­кістю, обумовленою темпом його подачі. Застосування порошкоподібного шпату разом з вапном значно поліпшує процес десульфурації: при вмісті сірки в чавуні 0,050-0,060% концентрація її менше 0,020% досягається до кінця вдування вапна і шпату навіть при вмісті вуглецю більше 1,5%.

У зв'язку зі значним розвитком поверхні контакту між газоподібним киснем і мета­лом при донній продувці спостерігається більш значне, ніж при верхній, видалення сір­ки в газову фазу: 20% від початкового вмісту сірки в шихті замість 8% при верхній Завдяки цьому загальний рівень десульфурації металу досягає 50-60%. При донній про­дувці з'являються додаткові можливості керування шлакоутворенням. Збільшення ви­трат донного дуття в 1,5-2 рази дозволяє досить швидко знизити окисленість шлаку рівень спінення ванни, оскільки в цьому випадку інтенсифікується процес перемішуван­ня, і, тим самим, попередити викиди. Зменшення витрат донного дуття знижує інтенсив­ність перемішування, зростає частка кисню, що йде на окислювання заліза у шлак.

Використання порошкового вапна поліпшує переробку чавуну з високим вмістом кремнію і зниженою температурою, і забезпечує більш спокійний перебіг продувки. За переробки фізично холодного чавуну з застосуванням порошкового вапна вихід рідка сталі становить приблизно на 1% вище, ніж при використанні кускового, в основном. завдяки більш спокійному перебігу процесу і зниженню викидів.

Витрати порошкового вапна внаслідок більш повного перебігу реакцій рафінуванню більшого ступеня його засвоєння, а також меншого виносу металу, ніж при застосуванні кускового вапна, складають 60-70 кг/т, що на 10-20 кг/т менше, ніж при верхній продувці високофосфористих чавунів.

Умови, що визначають вміст газів у сталі при продувці знизу, істотно відрізняють­ся від умов, що відповідають верхній продувці. При донній продувці температура в реак­ційній зоні завдяки охолоджуючій дії захисних газів і вапна, що вдувається, нижче, ніж у реакційній зоні при верхній продувці. Внаслідок зниження температури реакційної зони при дутті знизу вміст азоту в сталі нижчий, ніж при продувці зверху.

У періоди донної продувки, коли окисленість металу незначна, в зоні контакту бульб з високим парціальним тиском можливий інтенсивний перехід водню в метал.

Для зниження вмісту водню звичайно здійснюють короткочасну продувку ванни інертним газом перед випуском металу.

При донній продувці металу киснем брухт, що знаходиться на дні конвертера опиняється в ділянці безпосереднього впливу реакційних зон з характерною для високою температурою й інтенсивним рухом газорідинних фаз. У межах первинної і част­ково вторинної реакційних зон брухт швидко переходить у рідкий стан в результаті роз чинення і розплавлювання.

Якість сталі донного дуття, за більшістю показників, така ж, як і верхнього. Вміст азоту за інших однакових умов дещо нижчий. Вміст водню в металі донної продувки значно більший, ніж верхньої. У низьковуглецевих сталях [Н] різко зростає внаслідок зменшення швидкості окислення вуглецю наприкінці продувки і підвищення парціально­го тиску водню в газах, які контактують з металом.