Технология проведения конвертерной плавки. Методические указания к практическим работам №1-3 по дисциплинам «Теория и технология производства стали 1»

Практическая работа № 2

Расчёт остаточного содержания примесей в металле после продувки

(сера, фосфор, марганец)

Остаточное содержание в металле примеси, которая распределяется между металлом и шлаком, можно определить по формуле

где [Е] – остаточное содержание примеси, %;

∑ – общее количество примеси в системе металл-шлак, кг (%); gм – выход жидкого металла, кг (%);

gш – количество шлака, кг (%);

– коэффициент распределения примеси между шлаком и металлом,

выраженный отношением (Е) / [Е].

2.1. Расчет остаточного содержания фосфора в металле после продувки

Применительно к процессу дефосфорации остаточное содержание фосфора удобно представить в виде

Р – коэффициент распределения (Р2О5) / [Р] (табл. 5).

Для предварительных расчётов можно применять: выход металла gM =

89...92%, количество шлака gш = 13... 17%, коэффициент распределения фосфора

80... 100.

Следовательно: [Р] ≈ 0,1∑ Рших.

11

Таблица 5

Коэффициент распределения фосфора (Р2О5) / [Р], [2]

В тех случаях, когда образующегося количества шлака недостаточно для достижения требуемой степени дефосфорации, возникает необходимость в наводке дополнительного шлака, количество которого можно рассчитать по формуле

где индекс н – показатель до наводки дополнительного шлака;

индекс к – конечный показатель после наводки дополнительного шлака.

Краткая теория. По приведенным ниже реакциям окисление фосфора не происходит, так как при температурах сталеплавильных процессов (Р2О5)

неустойчив:

4/5[P]+{O2}=2/5(P2O5);

4/5[P]+2[O]=2/5(P2O5);

4/5[P]+2(FeO)=2/5(P2O5)+2[Fe].

В современных сталеплавильных процессах фосфор окисляется по следующим реакциям:

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(CaO)4(P2O5)+5[Fe]

или 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(CaO)3(P2O5)+5[Fe].

Итоговую реакцию можно записать следующим образом:

2[P]+5/2{O2}+4(CaO)=(CaO)4(P2O5)

или 2[P]+ 5/2{O2} +3(CaO)=(CaO)3(P2O5).

12

При повышении температуры могут создаться благоприятные условия для восстановления фосфора. Повышение окисленности шлака благоприятствует процессу окисления фосфора, и наоборот, снижение активности оксидов железа в шлаке затрудняет протекание этих процессов.

Удаление фосфора из сталеплавильной ванны является одной из важнейших задач технологического процесса, операция эта называется

дефосфорацией.

Условия дефосфорации можно представить следующим образом:

1)быстрое формирование жидкоподвижного железисто-известкового

шлака;

2)малая активность (содержание) фосфора в шлаке;

3)относительно низкая температура (особенно при средних и высоких концентрациях углерода);

4)высокие основность шлака и аСаО в шлаке, то есть много (СаО) и мало

(SiO2);

5) наличие окислительной атмосферы и большое количество (FeO).

Технологические приемы для проведения дефосфорации в сталеплавильных

агрегатах:

1)ввод в агрегат кислорода (или воздуха);

2)обеспечение максимального удаления фосфора в начальный период плавки, когда температура металла еще невысокая;

3)ввод в агрегат мягкообоженной извести;

4)ввод в агрегат оксидов железа (окалины или железной руды);

5)обновление шлака (скачивание в ходе плавки и наведение нового без содержания фосфора);

6)добавка CaF2 – плавикового шпата;

7)перемешивание ванны для быстрого наведения жидкоподвижного

шлака;

8)быстрое растворение извести за счет высокой температуры.

13

2.2. Расчет остаточного содержания серы в металле после продувки

Содержание серы в металле после продувки можно определить по зависимости

[ ] = 100∙(∑ ших+∑ др−∑ г.ф.),м+ ∙ ш

где ∑ ших – содержание серы в металлической шихте, кг (%);

∑др – содержание серы в неметаллической части шихты, кг (%);

∑г.ф.– количество серы, переходящее в газовую фазу, кг (%), (10...20%

Sших);

gм – масса металла, кг (%), (89...92%); gш – масса шлака, кг (%), (13…17%);

Ls – коэффициент распределения серы (табл. 6).

Таблица 6

Коэффициент распределения серы [2]

Количество синтетического шлака, необходимого для обработки стали в ковше с целью глубокой десульфурации, можно рассчитать по несколько упрощённой формуле

синт = 100([ ]н−[ ]к) ,

ш [ ]к синт−( )синтн

где [ ]н, [ ]к – содержание серы в металле до и после обработки синтетическим шлаком, %;

синт – коэффициент распределения;

( )синтн – начальное содержание серы в синтетическом шлаке, %.

Для того чтобы получить содержание серы в готовой стали [S]K = 0,005%

из металла с содержанием [S]н = 0,030%, используя синтетический шлак с

14

Краткая теория. Некоторое количество содержащейся серы в металле в процессе плавки может быть окислено и удалено в газовую фазу. Окисление серы может проходить по следующим реакциям:

1) между серой и кислородом, растворенным в металле: [S]+2[O]={SO2};

2) между оксидами железа шлака и серой в шлаке: (S)+2(FeO)={SO2}+2[Fe];

3) на поверхности шлака при взаимодействии с окислительной газовой фазой:

(S)+{O2}={SO2};

4) при проникновении кислородной струи вглубь металла: [S]+{O2}={SO2}.

Данные реакции имеют малое развитие, так как сера удаляется в газовую фазу на 5-10%, поэтому стремятся перевести серу в шлак (явление десульфурации) и осуществляют это по следующим реакциям:

(FeS)+(CaO)→(CaS)+(FeO); [Fe]+[S] →(FeS).

Успешной десульфурации способствуют:

1)высокая активность (СаО);

2)низкая активность оксидов железа в шлаке;

3)низкая активность кислорода в металле (хорошая раскисленность металла);

4)малая активность (низкое содержание) серы в шлаке;

5)высокая температура;

15

Приблизительное содержание марганца после продувки [Мn]= 0,2...0,3) ∑ ших [2]. Варианты данных для расчёта содержания фосфора, серы и марганца после продувки приведены в табл. 7.

Краткая теория. Марганец – это элемент легко окисляющийся, особенно при сравнительно низких температурах, при этом могут образовываться следующие соединения марганца: MnO; MnO2; Mn2O3; Mn3O4 (при температурах сталеплавильных процессов устойчивой является только закись марганца MnO).

Основные реакции окисления марганца:

1)[Mn] + [O] = (MnO);

2)[Mn] + ½{O2} = (MnO);

3)[Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe] – данная реакция является основной реакцией и происходит она на границе металл-шлак.

Во всех случаях при окислении марганца выделяется тепло, а при повышении температуры возможно восстановление марганца из шлаковой фазы.

Содержание [Mn] по ходу плавки постоянно снижается с определенной скоростью и зависит это от содержания (FeO), t и [Mn].

Чем больше [Mn] и (FeO) и выше t, тем больше vокисления Mn, и наоборот.

В конце плавки обычно температура сталеплавильной ванны увеличивается, количество шлака увеличивается, но незначительно, поэтому при небольшом увеличении (FeO) увеличивается и [Mn].

При [Mn]чугуна<0,6% хуже идут десульфурация и дефосфорация, трудно наводится шлак и, следовательно, снижается стойкость футеровки.

Марганец считается полезной примесью, так как способствует:

а) раскислению кипящих сталей, то есть удалению газов и прохождению более спокойно процесса;

б) уменьшению вредного влияния серы, так как он имеет высокое сродство к сере, образуя соединение MnS, которое выделяется в форме мелких твердых

17

частиц при кристаллизации. Соединение MnS менее вредное, чем FeS, а для этого

необходимо иметь соотношение [Mn] 20 ;

[S]

в) повышению прочности, упругости и износостойкости стали при использовании марганца как легирующего элемента (считается самым дешевым легирующим элементом).

Таблица 7

Данные для расчёта остаточного содержания фосфора, серы и марганца

Количество металла и шлака, основность и окисленность шлака принимаются в рекомендуемых пределах или рассчитываются согласно практическим работам.

В реальных условиях помимо содержания серы, фосфора и марганца в конце продувки необходимо определить содержание углерода. Возможны два варианта: остановка продувки металла на содержании углерода 0,03...0,05% (так называемая работа конвертера с «передувом») с дальнейшим науглероживанием металла на выпуске и остановка на марочном содержании углерода с учётом углерода, который будет внесён ферросплавами (работа без «передува»). Работа без «передува» существенно снижает окисленность ванны и, следовательно,

расход ферросплавов на раскисление и легирование металла. При этом повышается чистота стали по неметаллическим включениям и, следовательно,

служебные свойства проката.

18

Практическая работа № 3

Расчёт шихты по результатам предыдущей плавки

3.1.Расчет шихтовки по результатам предыдущей плавки

Впоследнее время наряду с балансовым методом шихтовки конвертерной плавки получил распространение метод шихтовки по результатам предыдущей плавки с учётом изменения контролируемых параметров на последующую (рассчитываемую) плавку. При этом неконтролируемые параметры (состав и загрязнения лома, количество миксерного шлака и пр.) принимаются постоянными. Если известны и неконтролируемые факторы, то можно провести повторную корректировку шихтовки рассчитываемой плавки. В табл. 8

приведены коэффициенты влияния параметров на расходы металлошихты, чугуна, извести, кислорода и ферромарганца, длительность продувки, конечную температуру металла и содержание серы после продувки [1].

Пример расчёта.

Предыдущая плавка (плавка № 1) имела следующие параметры:

-расход металлошихты – 381,5 т;

-в том числе чугуна – 90,0 т;

-лома – 91,5 т;

-расход извести – 22,3 т;

-расход кислорода – 18 800,0 м3;

-получено стали – 350,0 т.

При выплавке последующей плавки (плавка № 2) произошли следующие изменения: содержание кремния в чугуне увеличилось на 0,2%; содержание марганца в чугуне увеличилось на 0,2%; температура чугуна увеличилась на 30°С.

Необходимо снизить содержание углерода по окончании продувки на 0,02% и температуру металла на выпуске на 10°С. При этом известно, что изменились неконтролируемые факторы: масса доменного шлака снизилась с 0,5 до 0,2%

массы чугуна, потери при прокаливании извести (ппп) снизились с 2,2 до 0,9% и

19