Отже, за рівноваги металу зі шлаком

і зі зростанням _(FeO) і _(СаО) і зниженням _{(4CaOP2O5)} зменшується залишковий вміст фосфору в металі. Одночасно прискорюється дефосфорація сталі з прискоренням масопереносу [P] до поверхні метал-шлак.

Підвищення температури ванни негативно впливає на дефосфорацію лише за інших однакових умов. проте при високій температурі ванни дефосфорація поліпшується, якщо збільшується _(FeO) і _(СаО). Існує зв’язок між [P] і динамікою шлакоутворення

При основності шлаку в  2,5 і (FeO)  15 %  [p]  0,01 %. Найінтенсивніше фосфор переходить в шлак на початку і наприкінці продування, коли активно розчиняється вапно.

Коефіцієнт розподілу [P] між шлаком і металом наприкінці процесу становить 200-400, тож ступінь дефосфорації металу 80-90 %.

Якщо шлак попадає в ківш можливе відновлення фосфору в резульитаті взаємодії [С] і елементів-розкислювачів зі шлаком. Зниження (FeO) та основності шлаку (в шлаці розчиняється шамотна кладка ковша) зсуває наліво рівновагу реакції окислення фосфору. Щоб запобігти цьому, метал випускають через спеціальний отвір і при появі в отворі шлаку його відокремлюють.

 Видалення сірки.

Сутність знесірчення металу полягає у зв’язуванні [S] у сульфіди (CaS), (MnS0, (MgS). Реакції знесірчення шлаком

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)

[FeS] + (MnO) = (MnS) + (FeO)

(FeS) + (MgO) = )MgS) + (FeO)

Є реакціями заміщення, що протікають із деяким поглинанням тепла. Сіркопоглинальна здатність шлаку оцінюється коефіцієнтом розподілом сірки між шлаком і металом.

В первинній реакційній зоні можливе пряме окислення сірки і у газову фазу переходить 5-15 % загальної кількості сірки, що виводиться в ході плавки. Отже, сірка переважно переходить в шлак, де утворює сульфіди.

Зростання L_S зумовлене підвищенням і _(СаО) і зниженням _(FeO), а також наявністю в металі [С], [Р], [Sі], що збільшують _[S].

При окислювальній плавці шлак містить понад 5 % (FeO) і тому умови конвертерної плавки у цілому несприятливі для десульфурації, L_S наприкінці процесу становить лише 4-7.

Найефективне знесірення металу протікає при основності (СаО)/(SіО₂)  2. Але при (В)  3-3,5 вміст (СаО) досягає межі насичення, шлак стає гетерогенним і густим, що знижує його десульфуруючу здатність. Звичайно ступінь десульфурації у конвертері становить 30-40 % (рідко досягає 50 %). Виплавка сталі за вмістом [S]  0,01-0,02 % можлива лише при використанні десульфурованного чавуну, малосірчистих брухту і вапна, позапічної десульфурації сталі.

Шлакоутворення і служба футервки.

Шлакоутворення дуже впливає на показники плавки. Раннє утворення активного гомогенного основного шлаку прискорює дефосфорацію і десульфурацію, підвищує якість сталі, зменшує винос і викиди металу, поліпшує умови служби футеровки при продуванні.

Відношення мас рідкого шлаку (М_шл) і розчиненого вапна М_(СаО) до маси металевої шихти М_м.ш. змінюється симбатно (рис. стр.137). В І періоді продування дещо підвищується зі зростанням М_ш в зв’язку з окисленням [Sі], [Mn], [Fe] чавуну. У подальшому М_ш збільшується переважно за рахунок розчинення вапна в шлаці. Найбільша швидкість розчинення вапна і зростання основності шлаку спостерігається на початку і наприкінці продування.

Загальна кількість шлаку звичайно становить 10-12 % маси металу. Отже, якщо в кінцевому шлаці (СаО)  50 %, у вапні СаО  90 % і ступінь засвоєння СаО - *) % , потрібні витрати вапна дорівнюють 7-8,5 %.

Кінцевий шлак має склад: 40-50 % СаО; 12-15 % FeO; 2-5 % Fe₂O₃; 5-10 % MnO; 4-6 % MgO; 15-20 % SiO₂; 1-3 % P₂O₅; 0,2-0,3 % S; (CaO)/(SiO₂ + P₂O₅) = 2,5-3,5.

Швидкому шлакоутворенню сприяють такі заходи:

1. Забезпечення оптимального складу чавуну.

2. Збільшення вмісту (FeO) до межі, що дозволяє роботу без викидів, бо (FeO) – головний розчинник СаО в шлаці.

3. Присадки MnO в шлак, бо він дуже сильний (після FeO) розчинник СаО.

4. Забезпечення оптимального співвідношення V_С та (FeO), тобто наявності активного розчинника і достатнього перемішування.

5. Поліпшення якості вапна (з великою реакційною здатністю).

6. Підвищення (MgO) до межі  5 %, що знижує в’язкість шлаку і прискорює розчинення СаО.

7. Підвищення температури ванни.

8. Уведення у шлак розгужувачив, що містять СаF₂, Al₂O₃, B₂O₃, Na₂O, K₂O.

9. Використання синтетичних шлакоутворюючих, що мають низьку температуру плавлення і велику поверхню контакту частинок.

 Протилежні завдання доводиться розв’язувати при створенні умов служби вогнетривів. Стабільну роботу цеху з трьома конвертерами забезпечує стійкість футеровки 400-500 плавок. проте мінімальною слід вважати стійкість 1400-1500 плавок, що дає можливість використати резервний час конвертерів.

Спрацювання вогнетривів буває механічним (завалка, обривання охолодей з горловини), термічним (різке коливання температури робочого шару), корозійним (для рідких фаз, бризок і окислювального газового середовища), температурним (теплові потоки з боку первинної реакційної зони і особливо факелу при запалювані {CO} d {CO₂} і високому розташуванні фурми).

Проте головною причиною спрацювання футеровки є роз’їдання її шлаком. Швидкість спрацювання – від часток одиниці до 8 мм за плавку залежно від якості вогнетривів і умов продування.

Процес спрацювання футеровки складається із зовнішнього масопереносу (підведення оксидів – розчинників до межі рідина – вогнетривів і відведення від поверхні футеровки у шлак продуктів взаємодії СаО, MgO) і внутрішнього (капілярного) масопереносу компонентів шлаку (СаО, MnO та ін.) у товщу футеровки по порах, межах зерен, щилинах.

Переважно вогнетриви виготовляють з рівномірно розподіленим в них вуглецем. У цьому разі механізм спрацювання вогнетривів включає ланку взаємодії (FeO) з вуглецем, який погано змочується кислими розплавами і утруднює проникнення шлаку в пори.

(FeO) + С  СО + Fe

Вуглець окислюється також киснем газової фази

С + 0,5О₂  СО

С + О₂  СО₂

Тільки після виведення вуглецю цегла просякається шлаком і в подальшому спрацьовується за описаною вище схемою.

Швидкість спрацювання, що визначається масою футеровки М_ф, яка перейшла в шлак, істотно змінюється у ході продування (рис. стр.139).У І періоді спрацювання інтенсивне у результаті високої (SiO₂) і (FeO) у шлаці. У середині продування швидкість спрацювання падає і тим сильніше, чим нижчою є (FeO) і рідкорухливість шлаку. У заключному періоді вона знову зростає, оскільки підвищується температура ванни і (FeO).

Футеровка спрацьовується нерівномірно й за висотою і перерізом конвертера. На більшій частині поверхні футеровки є горнісаж із шлаку. Він утворюється при зупинках продувки. Але частина футеровки (у зоні цапф) не контактує зі шлаком і не має горнісажу. Вона спрацьовується швидше за інші зони. отже, на поверхні футеровки є чотири зони – дві в області цапф і дві – на горловині над цапфами. Шлаковий горнісаж зберігається 40-50 % часу продування, тобто швидкість спрацювання відзначених зон майже вдвічи вища. Зазначимо також, що нижня частина поверхні футеровки спрацьовується менше, бо вогнетриви на вуглецевій зв’язці метал не просякає.

Підвищенню стійкості футеровки сприяють такі заходи:

1. заміна руди брухтом (зменшуться М_шл, (SiO₂), середня температура ванни, кількість перегрітих плавок);

2. заходи щодо прискорення шлакоутворення;

3. збільшення інтенсивності продування (знижується тривалість продування і час контакту футеровки зі шлаком і високотемпературним періодом;

4. збагачення шлаку (MgO) (до певної межі) (утруднює масоперенос MgO у шлак. Надмірне (MgO) не бажане, оскільки утруднюється шлакоутворення);

5. зниження (SiO₂) ( до певної межі) (тобто Si_чав і SiO₂ у сипких матеріалах);

6. забезпечення оптимального (FeO) (особливо в кінцевих шлаках). (FeO) діє подвійно – прискорює шлакоутворення і спрацювання футеровки);

7. скорочення перерв між плавками, оскільки зменшується коливання температури футеровки;

8. віддалення футеровки від зони струменів кисню, мають буть буферні переферійні зони металу (до 0,5 м);

9. дотримання оптимального режиму дуття. Положення фурм має забезпечити вміст (FeО), достатній для швидкого шлакоутворення і помірного спрацювання футеровки. Фурма повинна мати оптимальний кут , що зумовлює рівномірне газовиділення, швидке шлакоутворення, без локального спрацювання футеровки;

10. застосування вогнетривів з високочистих матеріалів із мінімальною пористістю, підвищення вмісту в них вуглецю (до 10 % і більше) і типу пресування;

11. застосування зонду для контролю температури і складу в ході продування без повалки конвертера, що дає змогу мати 90-95 % плавок без додування;

12. факельне торкретування футеровки.

Розроблений в СРСР спосіб факельного торкретування футеровки набув великого поширення в світі. Сутність способу полягає в подачі вогнетривкого порошку в суміші з паливом і киснем на неохолоджену футеровку зразу після зливу плавки. Горіння палива в кисні розвиває високі температури , завдяки чому вогнетривкі часточки розм’якшуються і досягаючи футеровки, прилипають до неї. Вертикальне торкретування є повністю механізованою і автоматизованою операцією і не забруднює атмосферу цеху.

ЛЕКЦІЯ 10