книги из ГПНТБ / Квитко, М. П. Кислородно-конвертерный процесс

с охлаждением агломератом и с оборотным шлаком дают примерно одинаковые потери металла с выносом. Причем, как и следовало ожидать, плавки с оборотным шлаком дают меньший вынос металла. С точки зрения окисленности и основности конечных и первичных шлаков эти варианты также практически равноценны. Низкая основность конечного шлака при охлаждении агломератом объяс­ няется большим содержанием кремнекислоты в агломерате НТМЗ. Работа с применением лома требует повышенной окисленности шлака, так как в этом случае наблюдается больший вынос.

Интересно отметить, что различие в количестве выносов, наблю­ даемое по настылям на фурме и визуально, не оказало практически влияния на выход жидкого металла: при добавлении лома выход стали составлял 87,6 — 91,9% а при добавлении агломерата 89,3—91,2%. Следует отметить, что попытка улучшить шлакооб­ разование постепенной подачей шлакообразующих (присадок извести в течение 3—4 мин каждой порции) не дала ощутимых ре­ зультатов.

Анализ данных, приведенных выше, позволяет заключить, что все три варианта технологии (охлаждение ломом и агломератом и с оборотным шлаком) обеспечивают примерно одинаковые показа­ тели по выходу годного металла, окисленности шлака и его основ­ ности.

Поскольку охлаждение только агломератом технологически и экономически нецелесообразно, а использование оборотного шлака вносит значительные технологические осложнения, в качестве основного выбрали вариант с охлаждением ломом. Однако для облегчения шлакообразования оказалось целесообразным в начале продувки присаживать в небольших количествах агломерат (—2% от массы чугуна). Для улучшения шлакообразования известь раз­ делили на три порции и подавали последовательно по ходу про­ дувки.

Недостаточная окисленность первичных шлаков при охлажде­ нии ломом была устранена некоторым дополнительным увеличе­ нием высоты расположения фурмы над уровнем металла в первом периоде продувки. Соответствующий выбор дутьевого режима, режимов охлаждения и подачи шлакообразующих позволил пол­ ностью устранить выбросы и вынос из конвертера и заметалливание фурм. Однако выбранный режим не обеспечил все же резкого увеличения основности первичного шлака, так как повышение окисленности его выше пределов, обычных для чугуна с нормаль-

141

ньш содержанием марганца, приводило к выбросам в первом пе­ риоде продувки и по ходу плавки. Изменение дутьевого режима позволило изменить окисленность шлака при переделе чугуна с 0,2% Мп так, что оно было аналогичным таковому при обычном процессе. Небольшая разница в окисленности первичных шлаков при меньшем количестве жидкой фазы шлака не обеспечила доста­ точно резкого увеличения основности шлака в начале плавки.

Изменение основности шлака (CaO/Si02 -f Р 20 5) по ходу про­ дувки для различных вариантов технологии показано на рие. 53. Основность при переделе низкомарганцовистого чугуна в начале плавки существенно ниже по сравнению с основностью при про­ дувке чугуна, содержащего более

не оказало влияния на основность шлаков в первом периоде процесса, как это следует из рис. 52. Начальная основность шлаков при присадках марганцевой руды (3% от массы чугуна) весьма не­ значительно (на 0,2) отличалась от основности шлаков плавок, проведенных на низкомарганцовистом чугуне. Более того, по ходу продувки наблюдалось уменьшение основности. Это объясняется тем, что с марганцевой рудой вносится довольно много кремнезема (с пустой породой), что приводит к снижению основности при по­ стоянном расходе извести. При увеличении количества извести (для нейтрализации кремнекислоты) эффект увеличения основности первичных шлаков будет еще ниже, так как возрастет количество шлака. Таким образом, можно считать, что применение марганце­ вой руды для ускорения шлакообразования вряд ли целесообразно.

Наиболее эффективно повышать основность шлака и скорость усвоения шлаком извести присадками плавикового шпата. Обычно расход плавикового шпата составляет около 0,5—0,6% от массы садки. При переработке низкомарганцовистого чугуна необходимо,

142

естественно, увеличить долю плавикового шпата в шихте, что под­ тверждается экспериментальными данными. На рис. 2 приведен график окисления элементов и изменения состава шлака для плавки, проведенной на чугуне с 0,2% Мп и расходом плавикового шпата 0,25% от массы садки, что полностью соответствует данным рис. 53 (основность первичного шлака составляет 1,0). На рис. 3 приведены результаты плавки при расходе плавикового шпата 1,7%. Основность первичного шлака в соответствующий период процесса составляет около 4,0. Затем основность несколько умень­ шается, после чего повышается до уровня, определяемого соотно­ шением компонентов шлака. Подобное изменение основности озна­ чает, что .растворение извести при таких присадках плавикового шпата происходит практически в течение первых двух минут и не зависит от содержания закиси марганца, кремнекислоты и других компонентов шлака.

Такое увеличение основности на первых минутах продувки является чрезмерным. Практика работы советских и зарубежных цехов показывает, что основность первичных шлаков не должна превышать 2,0. Дальнейшее увеличение основности в начале про­ дувки вряд ли целесообразно и теоретически, поскольку при основ­ ности 1,8 вся кремнекислота нейтрализуется окисью кальция. Следовательно, при переделе низкомарганцовистого чугуна при­ садки плавикового шпата должны быть несколько больше приня­ тых при переделе обычного чугуна, но значительно меньше 1,7%. Вполне устойчивые результаты по шлакообразованию могут быть получены при увеличении расхода плавикового шпата по сравне­ нию с расходом при переделе обычного чугуна на 3—4 кг на 1 т металлошихты. При этом нужно учитывать, что условия шлакооб­ разования можно значительно улучшить, а расход плавикового шпата снизить, если содержание кремнекислоты довести до мини­ мального.

Исходя из изложенного выше, можно заключить, что для обес­ печения нормальных скоростей шлакообразования и устранения выносов металла и заметалливания фурм при содержании марганца

вчугуне 0,5—0,8% достаточно увеличить удельные сечения сопел

вдва раза; при содержании марганца в чугуне до 0,2—0,25%, кроме того, требуется определенным образом подобрать охлади­ тели (лом в сочетании с агломератом), распределить присадки из­ вести по ходу продувки и увеличить расход плавикового шпата на 3—4 кг на 1 т шихты. При таких условиях ход технологического процесса не отличается от хода процесса при продувке обычного чугуна, а показатели передела низкомарганцовистого чугуна не­ сколько улучшаются, что обусловлено более высоким выходом годного металла (см. гл.- I).

Получение достаточно низких концентраций серы и фосфора

при переделе чугуна, содержащего 0,2% С и 0,5—0,8% Мп, не представляет трудности. Влияние марганца на удаление серы и фосфора подробно рассмотрено в гл. IV и.VI. Отметим лишь, что

143

уменьшение концентрации марганца в чугуне благотворно влияет на условия удаления фосфора и практически не влияет на десуль­ фурацию металла. Данные, характеризующие показатели дефосфорации для чугуна различного состава, приведены в табл. 35. Как следует из данных табл. 35, коэффициент распределения фосфора при переходе от чугуна с содержанием марганца 0,23% к чугуну с содержанием марганца 1,15% не изменился.

Сопоставление фактических и расчетных коэффициентов рас­ пределения серы приведено в табл. 36 (расчет выполнен для четы­ рех плавок по каждому варианту технологии).

ВА РИ А Н ТА Х Т Е Х Н О Л О Г И И

Т А Б Л И Ц А 36. С ОП ОСТАВЛЕНИЕ Ф А К Т И Ч Е С К И Х

ИР А С Ч Е Т Н Ы Х К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т О В

144

Как абсолютные значения, так и степень отклонения от расчет­ ных значений, примерно одинаковы для чугуна всех типов и ва­ риантов технологии. Однако следует отметить, что конечные кон­ центрации серы и фосфора при переделе низкомарганцовистого чугуна могут быть несколько более высокими. Это объясняется не влиянием марганца, а уменьшением количества шлака с умень­ шением его концентрации. При малом содержании марганца (0,2%) количество шлака не превышает 11— 13%, при повышенном же содержании марганца количество шлака резко возрастает (при 1,2— 1,5% Мп почти в полтора раза). При одном и том же коэффи­ циенте распределения серы или фосфора увеличение количества шлака сопровождается уменьшением содержания примесей в стали. В отношении содержания фосфора можно сказать, что уменьшение количества шлака несколько компенсируется увеличением его окислительной способности и что окисление фосфора в конце плавки облегчается вследствие малой концентрации марганца. Количество серы в чугуне при содержании в нем 0,2% Мп не должно превышать 0,045%. При более высоком содержании серы нельзя гарантировать достаточно низкие ее концентрации в гото­ вом металле. Естественно, при необходимости количество шлака можно увеличить присадками извести.

Экономические расчеты, проведенные для случаев передела обычного и низкомарганцовнстого ч.угуна, показывают перспектив­ ность их применения. Экономия при/переходе от чугуна, содер­ жащего 1,2% Мп, к чугуну, содержащему 0,2% Мп, составляет около 1 руб/т стали, несмотря на увеличение присадок плавико­ вого шпата и увеличение расхода ферромарганца на раскисление металла.

Необходимо отметить, что данные исследования, относящиеся к переделу чугуна, содержащего 0,5—0,8% Мп, нашли достаточно полное подтверждение при внедрении такого передела на Криво­ рожском металлургическом заводе и Карагандинском металлур­ гическом комбинате.

Авторами разработана технология передела высокомарганцо­ вистого чугуна для Болгарской Народной Республики. Содержание марганца в чугунах такого типа должно составлять 4,5—8,0%. При переплаве чугуна такого состава необходимо одновременно решать два вопроса:

1)получение шлаков, которые могут служить сырьем для изготовления марганцевых ферросплавов;

2)получение стали достаточно высокого качества.

При разработке технологии передела к составу марганцевых шлаков предъявляли требования, указанные в табл. 37.

Отношение содержаний фосфора и марганца в этом шлаке должно быть не более 0,0035. Необходимость получения шлаков указанного выше состава и стали достаточно высокого качества обусловила два периода конвертерной плавки: 1) окисление мар­ ганца и получение кондиционного шлака и 2) получение стали,

в этом периоде к шлаковому режиму предъявляют совершенно другие требования.

Согласно общим положениям окисления марганца, разобран­ ным выше, для максимального удаления марганца из металла необ­ ходимы минимальная температура первого периода, минимальные скорости окисления углерода в конце первого периода и достаточно высокая окисленность шлака по ходу первого периода. При про­ ведении исследований в первую очередь предстояло определить температурные границы первого периода, вид и количество охла­ дителей, варианты дутьевого и шлакового режимов первого пе­ риода. Первые же экспериментальные плавки позволили устано­ вить, что при переделе высокомарганцовистого чугуна присадки извести в конвертер в первом периоде должны быть полностью исключены.

При небольшой окисленности первичного шлака с высоким со­ держанием марганца известь растворяется лишь частично, даже если в шлаке содержится значительное количество кремнекислоты. Частичное растворение извести свидетельствует практически об отсутствии ее влияния на стойкость футеровки и о малом влиянии самого шлака на футеровку, поскольку растворение футеровки в шлаке должно происходить со значительно меньшими скоростями, чем растворение извести. Кроме того, даже небольшие присадки из­ вести приводят к резкому росту содержания в шлаке пятиокиси фосфора, поэтому присадки извести в шлаки первого периода были полностью исключены.

С точки зрения извлечения марганца из металла работа под кислыми шлаками теоретически также более целесообразна. Од­ нако, как показывают экспериментальные данные, шлаки с содер­ жанием закиси марганца 50—65% нельзя считать кислыми даже при отсутствии в них сколько-нибудь значительных количеств окиси кальция, так как основные окислы МпО и FeO в некоторой степени компенсируют недостаток окиси кальция, связывая кремнекислоту в соединения типа (МпО, FeO) S i02. Это иллюстрируется данными рис. 54, на котором приведены значения коэффициентов распределения марганца между металлом и шлаком, полученные экспериментально и подсчитанные для средней окисленности шла­ ков. Из рис. 54 следует, что опытные точки во всем интервале тем-

146

это скачивание промежуточного шлака с высоким содержанием марганца. Поэтому для определения кинетических и термодина­ мических характеристик, а также выяснения вопросов, относя­ щихся к типу и характеру присадки охладителей, выбирали именно этот вариант.

0,25%/мин. Определенные таким образом температурные границы первого периода с одновременным максимальным извлечением марганца в скачиваемый шлак обусловили и нормальные темпера­ турные условия второго периода продувки, т. е. необходимую температуру выпуска и минимальные присадки охладителей во втором периоде для корректировки температуры процесса.

Применение верхнего кислородного дутья обеспечило возмож­ ность переработки весьма значительных количеств охладителей. Количество охладителей, необходимое для поддержания нормаль­ ного температурного режима, установлено расчетом в зависимости от исходного содержания марганца (табл. 38).

Как количество охладителей, так и вид их резко влияют на состав шлаков и ход процесса окисления элементов в первом пе­ риоде плавки. В исследовании опробовано применение охладите­ лей трех типов: скрапа, руды и окалины. Технологический режим плавки при опробовании всех охладителей был одинаковым.

В конвертер заливали 7,5—9,0 т чугуна; перед заливкой чу­ гуна в конвертер подавали охладители в необходимых количествах. Продувку первого периода вели с расходом кислорода 30— 40 м3/мин в течение 6 — 8 мин при максимальном приближении со­ пла фурмы к зеркалу спокойного металла (в условиях НТМЗ до 300 мм). Продувку оканчивали при содержании 1,5—2,5% С и 0,18— 1,4% Мп. После окончания продувки конвертер накло­ няли, скачивали марганцевый шлак, замеряли температуру, от­ бирали металл и шлак. Затем присаживали известь и осуществляли продувку до получения стали заданного состава.

Анализ результатов опытных плавок заставил отказаться от применения в качестве охладителя железной руды, поскольку шлак сильно разбавлялся пустой породой руды, увеличивалось его ко­ личество и снижалась в нем концентрация закиси марганца ниже допустимых пределов. Применение руды в количестве 8 —10% от массы чугуна не позволило в условиях опытных плавок получить концентрацию закиси марганца в среднем более 33,8%. Правда, содержание кремнекислоты в руде было слишком высоким (до 14—15%), снижение концентрации кремнекислоты в руде позволило бы получить более богатый шлак. Однако даже при невысоких содержаниях кремнекислоты руда не может быть рекомендована в качестве охладителя.

Очень эффективным оказалось охлаждение окалиной, так как она не вносит никаких посторонних примесей в шлак и не снижает содержания в нем закиси марганца. С окалиной было проведено пять плавок. Окалину присаживали в количестве 8 ,6 —10,0% от массы чугуна. Резкое охлаждение ванны, окалиной в сочетании с большим количеством вносимого окалиной кислорода позволило достигнуть максимального извлечения марганца в шлак. Степень окисления марганца в первом периоде составила 87,8% при сред­ нем содержании закиси марганца в шлаке 56,5%. Остаточное со­ держание марганца в полупродукте было самым низким именно при этом варианте.

148

Однако рекомендовать охлаждение только окалиной не пред­ ставляется возможным, так как необходимое количество окалины весьма велико-— порядка 1 2 %; при работе завода с замкнутым ме­ таллургическим циклом количество окалины обычно не превышает 4%. Поэтому наиболее целесообразным является сочетание ока­ лины со стальным ломом.

Скрап, как и окалина, не вносит посторонних примесей и обес­ печивает равномерное охлаждение металла в течение всего перво­ го периода. При проведении плавок со скрапом извлечение мар­ ганца в шлак первого периода составляло в среднем 78,3% при 1,1% марганца в полупродукте и 52,5% закиси марганца в шлаке. Проведение плавок с ломом позволило еще раз подтвердить, что извлечение марганца в шлак зависит в основном от температуры первого периода и при умеренных температурах достаточно ве­ лико.

Получение минимальной степени окисления шлака зависит от дутьевого режима. В условиях исследования не представляло особой трудности достигнуть —10—12%-ного содержания Feo6u; в шлаке даже при меняющихся от плавки к плавке исходных содер­ жаниях марганца, различном количестве охладителей и т. д.

Основным недостатком данного технологического варианта является наличие малоэффективной и трудоемкой операции скачи­ вания шлака. Как расчеты, так и практические данные, показы­ вают, что количество получаемого в первый период шлака не пре­ вышает обычно 7—8 % от массы чугуна (или соответственно 5,5— 6,0% металлической садки при применении скрапа). Слой шлака при горизонтальном положении конвертера очень мал; самотеком удаляется лишь небольшая его часть. Скачивание же гребками позволяет удалить не более 50—60% шлака и неприемлемо для конвертеров большой емкости.

При скачивании промежуточного шлака (в среднем 5,75% от массы чугуна) степень использования марганца составила 46,5% от всего перешедшего в шлак марганца. Остаточный марганец в среднем составил 0,5—0,6%; с учетом остаточного марганца сте­ пень его полезного использования составила в среднем 55,5%. Поэтому нельзя рекомендовать этот вариант в качестве оптималь­ ного.

Лучшие результаты по выходу богатого марганцем шлака и по использованию марганца шихты получены при использовании технологического варианта с переливом полупродукта. При этом варианте технологический режим продувки не отличается от при­ нятого для случая скачивания шлака. В этом случае после окон­ чания продувки разделывают летку и металл сливают в ковш, а первичный шлак — в шлаковню. Сталевыпускное отверстие вновь заделывают и металл заливают в конвертер.

При работе с переливом полупродукта (дуплекс-процесс в одном конвертере) остаточное содержание марганца в полупродукте при среднем содержании его в чугуне 5,7% составило 1,18% при 60,5%

149

МпО в шлаке. Количество получаемого в конвертере первичного шлака составило 7,25% от массы чугуна, а извлечение марганца в шлак — 80,2% при средней температуре полупродукта 1520° С. Отношение содержаний марганца и железа в шлаке в среднем равно 4,91.

При работе с переливом возникают потери марганцовистого шлака в ковше и при переливе в конвертер; но все же степень использования марганца шихты приближается к 70%, т. е. на 14,5% выше, чем в варианте со скачиванием шлака. Максимальное извлечение марганца в шлак первого периода и получение макси­ мально возможного количества шлака дали основание рекомендо­ вать этот вариант для промышленного использования.

Особо важное значение при любом варианте передела высоко­ марганцовистого чугуна имеет консистенция получаемых шлаков. В зависимости от консистенции шлаков (жидкие, тестообразные, сухие) изменяется коэффициент использования марганца: сухой шлак удаляется из конвертера в шлаковню полностью, жидкий частично попадает в ковш вместе со сливаемым металлом. Свойства шлака определяют количество корольков металла в нем. Коли­ чество же корольков является более важным фактором, чем содер­ жание железа в шлаке в виде окислов, и может послужить причиной введения в технологическую схему дробления и сепарации при из­ готовлении из шлаков ферромарганца. Как показали результаты опытных плавок, количество корольков в .сухих и тестообразных

ВШ Л А К Е ПЕРВ О ГО ПЕРИ О ДА

В жидких шлаках количество корольков не превышает 2—3%. Таким образом, получение жидких шлаков, несмотря на повы­ шенные потери их в ковшах, является более целесообразным.

Консистенция шлаков определяется соотношением содержа­ ний кремния и марганца в чугуне, т. е. кремнекислоты и закиси

150