4. Шлаковый режим кислородно-конвертерной плавки

Шлаковый режим в кислородно-конвертерном процессе в значительной мере определяет такие звенья технологического процесса, как:

– рафинирование металла от серы и фосфора;

– повышение стойкости футеровки конвертера;

– защиту металла от насыщения азотом водородом воздуха атмосферы.

Обеспечение оптимального шлакового режима начинается с установления оптимальных значений его параметров, которыми являются, в первую очередь, – основность и количество шлака, а также режим взаимодействия шлака и металла.

Основность шлака позволяет оценивать фосфоро- и серопоглотительную способность шлака. Универсальной формой выражения основности (B) шлака является отношение концентрации основных оксидов к концентрации кислотных и амфотерных оксидов:

,

где - , , – коэффициенты, учитывающие эквивалентность FeO, MnO, MgO по сравнению с CaO; , , – коэффициенты, учитывающие эквивалентность P₂O₅, Al₂O₃, Fe₂O₃ по сравнению с SiO₂.

В связи с неизученностью указанных коэффициентов, основность шлака определяют обычно упрощенно:

,

т.е. учитывают только самый сильный основной оксид (CaO), оказывающий решающее влияние на химические свойства шлака, и два главных кислотных (SiO₂, P₂O₅) оксида, массовое содержание которых выражают в процентах.

При установлении шлакового режима стремятся максимально его упростить, но не в ущерб фосфоро- и серопоглотительной способности, степень которой в заданных конкретных условиях (возможности данного процесса, качество исходного сырья и требования к качеству готовой стали) должна обеспечить получение требуемой марки стали. Так, если конечное предельное содержание серы и фосфора в готовой стали достигается относительно легко (высокое качество исходного сырья и низкие требования в готовой стали), то основность шлака только должна обеспечивать предотвращение чрезмерного разрушающего действия шлака на футеровку конвертера (агрегата) – для этого достаточно иметь B = 2,2 …2,5.

Если по ходу плавки требуется принятие специальных мер для удаления фосфора и серы (низкое качество исходного сырья и высокие требования к качеству готовой стали), то для поглощения шлаком вредных примесей (фосфора и серы) основность конечных шлаков должна быть в пределах B = 3,5…4,0. Дальнейшее повышение основности приводит к тому, что шлак из гомогенного состояния переходит в гетерогенное, т.е. шлак сворачивается и при этом резко снижается его фосфоро- и серопоглотительная способность.

Роль качества шлака также противоречива, – чем больше шлака, тем выше (при постоянстве других условий) степень дефосфорации и десульфурации металла. Но увеличение количества шлака неизбежно приводит к увеличению потерь железа и полезных примесей, а также к осложнению технологии ведения плавки.

Таким образом, установление оптимального количества шлака приходится вести по следующей схеме:

- определяется количество шлака, неизбежно образующегося по ходу процесса при минимально допустимой основности;

- определяется возможная степень десульфурации и дефосфорации найденным количеством шлака;

- при недостаточной десульфурации и дефосфорации и при максимально допустимой основности определяется количество дополнительного шлака, необходимого для достижения требуемых количеств серы и фосфора в готовом металле.

Учитывая роль основности и количества шлака, можно устанавливать оптимальный шлаковый режим плавки, производя следующие расчеты:

- определяется возможная степень дефосфорации и десульфурации металла тем количеством шлака, которое неизбежно образуется во время окислительного рафинирования при минимально допустимой его основности (2,2 …2,5), обеспечивающей защиту футеровки конвертера от значительного разрушения (особенно в начальный период) под действием шлака.

- если удаление из металла фосфора и серы достаточно, то плавку ведут по одношлаковому режиму – одному из самых распространенных при выплавке в кислородных конвертерах рядовых марок стали из шихты с низким содержанием серы и фосфора.

- если образующийся шлак с минимально допустимой основностью не обеспечивает требуемую степень дефосфорации и десульфурации, то основность шлака поднимают до максимально допустимых значений. Этот режим требует повышенного расхода материалов и удлиняет период плавки, однако он широко применяется в практике кислородно-конвертерного процесса.

- если при образовании шлака с максимально допустимой основностью не обеспечивается удаление из металла серы и фосфора до требуемых значений, то прибегают к применению технологии с наведением дополнительного шлака с необходимой основностью, как правило, с предварительным скачиванием промежуточного шлака. К такому варианту шлакового режима, вызывающего увеличение затрат времени на дополнительное скачивание шлака, обычно прибегают при переделе высокофосфористых чугунов.

Режим взаимодействия металла и шлака, основанный на использовании рафинирующей способности шлака за счет достижения максимальных значений коэффициентов распределения примесей между металлом и шлаком, в кислородно-конвертерном процессе (где реализуется режим полного и одноразового смешения всей массы металла и шлака) используется только частично.

Поэтому в сталеплавильной практике кислородно-конвертерного процесса регулирование шлакового режима плавки сводится к изменению основности и количества шлака, что предполагает предварительное определение количества образующегося шлака для полного расчета шлакового режима.