3.5.2.9. Змша складу металу, шлаку й газу пщ час процесу

Умови перебхгу ххм^чних процеав, що зумовлюють змшу складу металу, шлаку й газу в кисневому конвертер!, характеризуються висо кими початковим тиском дуття та окисним потенщалом, иаявшстю обме жено! реакцшно! зони на меж1 дуття 1 металу з високою температурою (2200 — 2500 °С), зон газо-шлако-металево! емульс!! та перем1шування металу й шлаку.

Високий окисний потенц\ал 1 велика юнетична енерг1я струменя дуття створюють умови для одночасного переб1гу реакцш окиснення СИЛ1Ц1Ю, мангану, вуглецю, фосфору. Проте у продувщ можна виокремити два перюди (шд час виплавки середиьо- 1 високовуглецевих сталей) 1 три (пщ час виплавки низьковуглецевих), але без четких меж М1Ж пер!ода ми (рис. 3.15). У першому перюд1 швидко окиснюються сил1щй (до сотих часток В1Дсотка), манган 1 фосфор (до певно! концентрац!"!, що залежить вщ складу шлаку й температури), пов1Льно — вуглець; у дру тому — окиснюеться вуглець, а вмют мангану 1 фосфору приблизно

сталий (наприкшщ перюду вщнов- ЛЮпься деяка к1льк1сть останшх уна- сл1док пщвищення температури); у тре- Т1.ому — швидко окиенюеться 1 пере­ходить у шлак залтзо. Слщ зазначити, що у зв'язку 13 зростанням (РеО) окис- исппя мангану 1 фосфору ирискорю- пъся, а вуглецю — сповшьнюеться мпаслщок ЙОГО НИЗЬКОГО ВМ1СТу.

Миг. 3.15. Змша складу металу й шлаку I тем- ||€>|>пгу[>и металу шд час продувки: п, %

I СаО; 2 - 5Ю₂; 3 - МпО; 4 - РеО; 5 - Мк< (> — температура; 7 — вуглець; 8 — фосфор; I прка; 10 — сшпцш; 11 — манган

I, °С 1700

1600

1500

1400

1300

п, % 0,08

0,06

0,04

0,02

40 30 20 10 0 5

р

цей час у конвертер1 ще немае а окиснення силщш 1 мангану Ыдбуваеться переважно у первиннш реакцшнш зот на поверхш шматюв иеметалевих матер1ал1в 1 шлакових крапель оксид1в феруму, що вно­ситься у метал 1з первинноГ реакцшноГ зони за такими реакщями: новерхня неметалевих матер1ал1в т футер1вки

[51] + 2[0] = (5Ю₂);

[Мп] + [0] = (МпО);

2[Р] + 5[0] = (Р₂0₅);

Окиснення СИЛ1Ц1Ю I мангану. I Ьшштенсившше окиснення сил щш й мангану вщбуваеться на початку про­дувки. Окиснення цих елемент1в та фосфору — типово гетерогенш реак- ц)|, та здшснюються на меж1 метал — Шлак унаслщок розчиненого в метал1 кисню та оксид1в феруму шлаку. У помпнот кшькоеп вапняного шлаку,

		1
		2
	3			< <
	Ц	*

		■ 7
ч\ ч\ чч^		\		9
10 1	8
&		И

0 0,2 0,4 0,6 0,8

новерхня крапель

[51] + 2(РеО) = (5Ю₂) + 2[Ре];

[Мп] + (РеО) = (МпО) + [Ре];

2[Р] + 8[0] + ЗРе_р = [(Ре₃Р₂0₈)],

ииасл'щок чого утворюються силшати феруму 1 мангану. При цьому 1м11мосться склад первинних шлакових крапель.

При ККП «об'емне окиснення» мангану за рахунок розчиненого в метал! кисню зазвичай неможливе. Отже, воно вщбуваеться на меж1

147

фаз метал — шлак або метал — кисень. Тшьки на самому початку плавки за низьких температур металу, якщо р1вноважна з манганом концентращя кисню значно нижча, тж рхвноважна з вуглецем 1, тпм быьша, шж та, що спостершаеться у ванш, манган може окиснюватися и об'ем1 гомогенного металу.

У м1ру роз1гр1вання ванни та асимшяци вапна шлаком сиорщнешс п> мангану до кисню знижуеться з трьох причин: зменшуеться концентра щя [Мп], зб^льшуються основшсть шлаку 1 температура. Лише на прикшщ плавки, за малих концентрацш вуглецю, знову створюкт>гя умови для окиснення мангану в об'ем1 металу. Повтшому окисненню мангану 1 переходу його в шлак сприяють таю фактори, як зииженпя температури ванни, збшынення вмшту оксщцв феруму в шлаку, змеи шення основности шлаку.

Окиснення вуглецю. Анал13 юнетики окиснення вуглецю шсля за юнчення окиснення силщда свщчить, що юнетичш крив! складаються з двох частин. Перша частина, що належить до вщносно великих концом трацш вуглецю, в1диовщае лшшнш зм11й його концентраци шд час про дувки. В цш област1 швидк1сть окиснення вуглецю не залежить в1д абсолютних значень його концентрацй' (реакц1Я мае нульовий порядок за вмктом вуглецю). Визначальний фактор — швидюсть надходжения кисню на поверхню вуглецевого металу. Для щеУ частини криво!" спра ведливе р1вняння

м

де (1 [С]/(1 т — швидк1сть зневуглецювання металу, % / хв; Ы₀ вм1ст кисню в дуттг, %', Т[ — коеф1Ц1ент використання кисню окисного газу; У_м — об'ем металево! ванни, м³.

Друга частина криво!" ввдповщае областх малих концентрац1Й вугле цю, в ЯК1Й крива [С] = { (т) р1зко змшюе СВ1Й напрям та зннкае прямо лшшшсть залежност1. Для 1цеТ частини криво!" справедливе р1вняння

м

де 5 — площа поверхш, на якш в!дбуваеться процес окиснення вугле цю, м²; у_с — коеф!щент швидкоеп масоперенесення вуглецю веере дин! металу, м/с.

Окиснення фосфору. Первинним продуктом окиснення фосфору п умовах, коли це термодинам]чно можливо, вважаютъ фосфат. Фосфор переходить 13 металу в шлак лише тод1, коли е умови для його окис нення 1 зв'язування в сполуки, яю М1цно утримують фосфор у шлаку. Реагентом, що зв'язуе, зазвичай е вапно:

2[Р] + 5[0] + З(СаО) = (Са₃Р₂0₈); <3.5Г>>

Рис. 3.16. Залежшсть М1Ж основ- н'|стю кшцевого шлаку в дйапазош и I ступеней десульфурацп (5:

I - 2,5...3,0; 2 - 3,01...3,5; 3 - 3,51...4,0; 4 - > 4,0

2[Р] + 5 (РеО) + З(СаО) = [(Са₃Р₂0₈)] +5[Ре] (3.56)

Ибо 2[Р] + 5(РеО) + 4(СаО) = [(Са₄Р₂О_э)] + 5[Ре]. (3.57)

Для ефективного виведення фосфору потребна наявшсть активного Основного зал1зистого шлаку.

Окиснення с1рки. Вмост арки в готовому метал! визначають юль- «1стк> ТТ в шихтових матер1алах 1 ступенем десульфурацп, що досяга- пын г) ходх плавки. Основним джерелом арки е чавун. Значна галькхсть Ирки може бути внесена у ванну вапном. Суть р1зних способ1в вида- Лснин арки полягае у П зв'язуванш в сульфщи (Мп5, Са5, М§8, Ка₂5 ), Нсипачна розчиншсть яких у метал1 забезиечуе перехщ И в шлак.

11евелика кшьюсть арки окиснюеться 1 переходить у газову фазу

[5] + {0₂} = {80₂}_; (3.58)

{Ме5) + 1,50₂ = {50₂} + (МеО). (3.59)

Осповна к1льк1сть арки переходить у шлак

[Ре5] + (|Са, Мп, М§|0) = (|Са, Мп, М§|5) + (РеО). (3.60)

0,0025 -

А5_М, %

Рис. 3.17. Залежшсть масовоГ ча­стки С1рки АЗ_М, видалено! 13 ме­талу в процес1 додувки Т .₍, за В1д- сташ наконечника фурми над ван­ною 37,5 калибру

Оксид кальцш — найефектившший десульфуруючий компонент. Рфгктинпе видалення арки забезиечуеться основним шлаком (В > 2) л малою концентращею оксиду феруму (II) (< 1%). В звичайних умо- Иох наводиться шлак з шдвищеним вмктом оксиду феруму (II) (> 5%), I тому умови ККП загалом несприятлив1 для десульфурацп. Залежшсть пупспя десульфурацп вщ основност1 кшцевого шлаку мае екстремаль- ни11 характер (рис. 3.16). Нашнтенсившший иерехщ с1рки в шлак сио- с1ср1га( гься на початку та особливо наприкшщ плавки, тобто в перюди 1им'пспвпого розчинення вапна. Деяку кшыисть арки можна видали- 1н м1д час додувки за велико! в1дсташ наконечника фурми над ванною (мне 3.17).

Змша складу шлаку шд час продувки (дин рис. 3.15) характеризуеться з&лыненням у ньому вм1сту СаО, особливо штенсивно до завершения першо! половини процесу за од ночасного зниження вм1сту 5Ю₂ 1 МпО. ()< новшсть шлаку зростае наприкшщ процесу до 3,5 — 4,0. Вм1ст оксид1в феруму пщпп щуеться на початку 1 наприкшщ продувки В середнш п частшй вш знижуеться внас./п док штенсивного зневуглецювання. У рал нестач1 кисню дуття додаткова юльюсть йен (I запозичаеться зх шлаково! фази

[С]+(РеО) = {СО}+Ре.

Гази, що виходять з кисневого конвертера, переважно складаються з СО 1 С0₂. Наявшсть оксиду карбону (IV) свщчить про неповноту використання кисню на окисш реакцп з рщким металом особливо па початку процесу за режиму незаглибленого струменя. Даш щодо зммш вм!сту оксиду карбону (IV) в газах, що виходять з кисневого конверте ра, у М1ру зменшеиня вм1сту вуглецю в метал1 зображено на рис. 3.18 1з цих даних випливае, що вмост С0₂ на початку процесу наближаем, ся до 20 %. У зон1 струменя, а також шд час взаемодп з металом вмн I оксиду карбону (IV) мае бути вищим. Водночас 13 в1льним киснем оксид карбону (IV) витрачаеться на взаемодда з металевим розплавом

{С0₂} + [С]= 2 {СО};

{С0₂}+[Ре] = (Ре0) + {С0}.

Наприкппи процесу вм1ст С0₂ в конвертерних газах знову тдпи щуеться внаслщок спов1льнення швидкост1 зневуглецювання 1 розвит ку реакцп окиснення зал1за.