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

довательно, ухудшение кинетических условий приближения рас­ пределения фосфора к равновесному. Ухудшение кинетических условий взаимодействия металла со шлаком и в связи с этим уве­ личение степени неравновесное™ наблюдается и при избытке извести в шлаке. В этом случае уменьшается жидкотекучесть шлака и ухудшается его реакционная способность. По данным исследования, увеличение основности выше 2,4 не имеет смысла.

Нежелательным является и увеличение содержания пятиокиси фосфора в шлаке более 10— 1 1 %. Следовательно, конечные шлаки

(и в какой-то степени и шлаки по ходу плавки) должны соответ­

Степень отклонения концентрации фосфора в металле от равно­ весной при данном составе шлака определяется также степенью контакта взаимодействующих фаз (интенсивностью перемешива­ ния металла и шлака) или длительностью контакта между ними при постоянной интенсивности перемешивания. Увеличение интен­ сивности перемешивания при кислородно-конвертерном процессе возможно практически лишь с ростом скорости окисления угле­ рода, что нежелательно, так как отрицательно сказывается на дефосфорации. Уменьшение скорости окисления углерода и уве­ личение длительности контакта между металлом и шлаком спо­ собствуют приближению к состоянию равновесия (рис. 91). Результаты, представленные на рис. 91, дают возможность сде­ лать заключение о необходимости увеличения длительности про­ дувки при выплавке высокоуглеродистого металла.

Естественно, получение шлака приведенного выше состава вряд ли возможно при высоком содержании фосфора и марганца

232

в чугуне и однократном скачивании шлака, т. е. необходимо дву­ кратное скачивание. Для увеличения длительности продувки темп подачи кислорода также должен быть снижен.

Для определения наиболее эффективного метода продувки

Режим подачи пылевидной извести по периодам был постоян­ ным: расход извести в первом периоде был не более 80 кг/мин, во втором не более 150 кг/мин и в третьем — до 180 кг/мин. По сте­ пени усвоения извести наиболее целесообразным оказался третий вариант, как это видно из табл. 65.

Нужно отметить, что во всех трех вариантах содержание фос­ фора было практически одинаковым.

Снижение темпа подачи кислорода привело к резкому умень­ шению скорости окисления углерода. Максимальная скорость окисления углерода при выплавке рельсовой стали составила 0,18%/мин, а при выплавке среднеуглеродистой — примерно

'0,27%/мин. При уменьшении скорости окисления углерода окисленность шлака по ходу продувки по сравнению с окисленностью шлака при получении среднеуглеродистого металла возросла. Увеличился и темп дефосфорации, что определялось высокой окисленностыо шлаков при достаточно большой скорости окисления углерода. В условиях исследования скорость окисления фосфора оказалась линейно связанной со скоростью окисления углерода:

233

к концу плавки (характер изменения температуры для плавок с хорошей и плохой дефосфорацией приведен на рис. 93). Этот па­ радокс не противоречит термодинамике окисления фосфора и объясняется, по-видимому, тем, что при повышении температуры возрастает степень перегрева шлака над линией ликвидуса, что приводит к увеличению жидкотекучести шлака и его реакционной способности, к обеспечению более" тесного контакта металла со шлаком. Эти явления улучшают условия дефосфорации и оказы­ вают более сильное действие, чем термодинамическое торможение дефосфорации при повышении температуры.

Рис. 93. Изменение темпера­ туры металла по ходу про­ дувки плавок с хорошей и плохой дефосфорацией при выплавке рельсового металла

из фосфористого чугуна

Повышенные температуры металла по ходу продувки требуют некоторого изменения дутьевого режима для поддержания срав­ нительно высокой окисленности шлака. Наиболее устойчивые результаты по окисленности шлака получаются при постепенном подъеме фурмы по ходу продувки каждого периода с последующим резким опусканием ее для восстановления окислов железа из шлака перед его скачиванием.

Таким образом, технология выплавки высокоуглеродистого

не более 3—4 м3/(т-мин), во втором и третьем 2,4— 2,2 м3/(т-мин); б) количество извести в первом периоде должно составлять 6 % от массы чугуна, во втором 7% и в третьем 2%; максимальный

темп подачи извести — до 9 кг на 1 м3 кислорода; в) для поддержания окисленности шлака на необходимом

уровне фурму нужно постепенно поднимать по ходу продувки каждого периода с резким опусканием в конце каждого периода

235

сдальнейшим небольшим повышением до конца второго периода

инекоторым понижением до температуры выпурка. Это должно обеспечиваться особым характером охлаждения: перед заливкой чугуна присаживаются охладители в количестве 3,5—4,5% от

Продолжительность продувки, мин

Рис. 94. Характерный график выплавки рельсовой стали из фосфо­ ристого чугуна

массы чугуна (в пересчете на окалину), остальное их количество (до 9—11%) распределяется равномерно по ходу продувки.

Характерный график изменения составов металла и шлака при выплавке рельсовой стали по такой технологии приведен на рис. 94. Характер подачи кислорода, извести, присадок охладителей и подъема фурмы иллюстрируется рис. 95.

236

Если учесть приведенные выше требования, то содержание фосфора в конечном металле при. концентрации углерода выше 0,7% не будет превышать 0,04%.

Показатели процесса существенно не отличаются от показа­ телей, характерных для выплавки среднеуглеродистого металла (за исключением длительности продувки, возрастающей примерно на 2 0 %, поскольку уменьшается интенсивность продувки и не­ сколько сокращается выход жидкой стали вследствие больших потерь железа). Средние технологические данные по плавкам рель­ совой стали приведены в табл. 6 6 .

Рис. 95. Дутьевой реЬким плавки при получении рельсовой стали из фосфористого чугуна

Необходимо отметить, что количество охладителей в табл. 6 6 указано для условий 1 0 -т конвертера; для крупных конвертеров эта величина будет значительно выше.

Получаемые скачиваемые шлаки представляют собой хорошее удобрение для сельского хозяйства. Количество пятиокиси фос­ фора, усваиваемое почвой, обычно не ниже 15—17%. Необходимо отметить, что качество шлака находится в прямой зависимости от типа футеровки и ее стойкости. Исследованиями установлено, что при росте в шлаке концентрации окиси магния растворимость пятиокиси фосфора в лимонной кислоте линейно падает по урав­ нению

А = 122,1— 14,7 (MgO%).

Следовательно, для передела высокофосфористого чугуна тре­ буется смолодоломитовая футеровка, так как в этом случае кон-

237

центрация окиси магния в шлаке будет минимальной. Раствори­ мость шлаков в лимонной кислоте линейно увеличивается с ростом концентрации в шлаке кремнекислоты

А = 73,13 + 3,72 (SiO*%).

Поскольку с точки зрения дефосфорации повышенное коли­ чество кремнекислоты в шлаке нежелательно, наиболее целесооб­ разным методом увеличения растворимости является присадка песка в ковш.

Десульфурация при переделе фосфористого чугуна

Ход десульфурации металла и конечная концентрация серы

встали при переделе высокофосфористого чугуна практически не отличаются от таковых при переделе обычного мартеновского чугуна и определяются теми же факторами. Так же, как и при выплавке стали из мартеновского чугуна, содержание серы в стали

восновном зависит от содержания серы в чугуне и извести. Зави­ симость концентрации серы в стали от содержания ее в чугуне имеет линейный характер. В фосфористом чугуне могут быть до-

238

пущены более высокие содержания серы, чем в мартеновском. Это объясняется тем, что низкая концентрация серы в металле при использовании высокофосфористого чугуна может быть полу­ чена значительно легче вследствие образования большего коли­ чества шлака. Поскольку количество шлака при томасовском переделе примерно в 1,7—2 раза превышает соответствующее ко­ личество при переделе мартеновского чугуна, концентрация серы в металле будет пропорционально ниже при одном гг том же зна­ чении коэффициентов распределения. Коэффициент распределения серы при переделе фосфористого чугуна весьма велик и превышает значения, обычные для передела мартеновского чугуна. Конечная концентрация серы, даже при использовании чугуна, содержащего около 0,07% S, не превышает 0,020—0,030%. Необходимо отметить, что процесс десульфурации при использовании пылевидной или кусковой извести практически протекает одинаково.

Г л а в а VI

Десульфурация металла

вкислородно-конвертерном процессе

Вкислородные конвертеры сера поступает с шихтовыми мате­ риалами. Наибольшее количество серы в шихту конвертерного процесса вносится чугуном. Содержание серы в чугуне колеблется довольно в широких пределах: от 0,025 до 0,055%. Часто в мик­ серы конвертерных цехов заливают чугун, содержащий 0,06— 0,07% S и даже больше. Содержание серы в металле перед выпус­ ком, как показали многолетние исследования кислородно-конвер­ терного процесса, линейно зависит от содержания серы в чугуне

(рис. 96).

Эта зависимость приведена для конвертеров различной емкости и стали разных марок. Несмотря на различные емкости конвер­ теров, характер зависимостей практически одинаковый. Следо­ вательно, использование для выплавки стали чугунов, содержа­ щих более 0,05—0,055% S, приведет к получению металла с не­ допустимо высокой концентрацией серы. Необходимо отметить, что на отечественных заводах вопросу снабжения конвертерных цехов чугуном с низким содержанием серы не уделяется до сих пор должного внимания. Поэтому часто появляется необходимость в дополнительной продувке, когда содержание углерода и темпе­ ратура металла отвечают требованиям заданной марки стали, а концентрация серы слишком высокая.

239

Дополнительную продувку осуществляют с присадками или без присадок извести.

Дополнительная продувка и увеличенное количество шлака (для снижения концентрации серы в металле) приводят к умень-

Рис. 96. Соотношение содержании серы в чугуне и металле перед раскислением:

I, 2, 3 — 10-т конвертер, Ст.2кп, Ст.Зкп н 08кп соответственно; 4 — 100-т конвертер 08кп

шению выхода жидкого металла. На рис. 97 приведена расчетная номограмма снижения выхода жидкого металла с увеличением количества шлака при различных содержаниях серы в исходном

серы в чугуне обусловливают целесообразность внедоменной обра­ ботки чугуна. За рубежом такую внедоменную обработку (напри­ мер, кальцинированной содой) осуществляют практически во всех цехах. Поэтому содержание серы в чугуне при сливе в конвертеры не превышает 0,030—0,035%, что позволяет получать металл

240

с низким содержанием серы. На металлургических заводах СССР

внедоменную обработку чугуна не применяют.

Не менее важное значение имеет содержание серы в извести, которое определяется в основном содержанием серы в топливе, применяемом для обжига известняка. Поглотительная способность извести по отношению к сере топлива очень велика (табл. 67). Из табл. 67 следует, что для обжига известняка сернистое топливо

на нет меры, принятые для полу­ чения чугуна, предельно чистого

по сере. По данным исследований, проведенных на опытном кон­ вертере, степень десульфурации при содержании серы в извести 0,2—0,3% колеблется от 3 до 17% даже при высоком содержании серы в чугуне (0,040—0,055%).

Большое влияние на десульфурацию оказывает также содер­ жание в извести СаО и ее фракционный состав. Практикой ра­ боты 1 0 0 -т конвертеров доказано, что при уменьшении содержания в извести СаО (и увеличении количества недопала в ней) десуль­ фурация металла затрудняется и повышается конечное содержа­ ние серы в металле. Применение извести с небольшим размером кусков приводит к более быстрому шлакообразованию, более быстрому повышению основности шлака по ходу продувки, и как следствие, более полной десульфурации ванны. Остальные мате­ риалы конвертерной плавки — скрап, руда, шпат— вносят не­ большие количества серы, и ими можно пренебречь.

Решающее значение в процессе удаления серы из металла имеет основной шлак. Можно считать доказанным, что распределение серы между металлом и шлаком носит электрохимический характер