4. Шлаковый режим

Параметры шлакового режима – состав, вязкость, количество шлака и скорость его формирования оказывают сильное влияние на качество стали, выход годного металла, стойкость футеровки и ряд других показателей плавки.

293

Основные источники шлакообразования– это загружаемая в конвертер известь (СаО) и продукты окисления составляющих чугуна (SiO₂, MnO, FeO, Fe₂O_3> P₂O₅). Это также оксиды растворяющейся футеровки (СаО, MgO); некоторое количество миксерноГо шлака (SiO₂, СаО, MnO, MgO, FeO, Al₂O₃, S); оксиды железа из ржавчины стального лома и составляющие флюсов. Обычно флюсом служит плавиковый шпат, вносящий CaF₂ и немного SiO₂; иногда применяют боксит (А1₂О₃, SiO₂, Fe₂O₃) железную руду или агломерат либо окатыши, вносящие оксиды железа и немного SiO₂ и А1₂О₃; флюорито-вые руды (CaF₂); различные отходы производств.

Требования к шлаку. Шлаковый режим должен прежде всего обеспечить достаточно полное удаление фосфора и серы из металла во время продувки. С этой целью основность шлака должна быть достаточно высокой (от 2,7 до 3,6), а вязкость невелика, так как в густых шлаках замедляются процессы диффузии компонентов, участвующих в реакциях дефос-форации и десульфурации. При чрезмерно большой основности (3,7 и более) шлак начинает переходить в гетерогенное состояние; при недостаточной основности, т.е. повышенном содержании в шлаке SiO₂, помимо ухудшения удаления фосфора и серы усиливается разъедание шлаком футеровки. Износ футеровки существенно усиливается при чрезмерной жидко-подвижности шлака и особенно при повышенном содержании в нем оксидов железа, которые окисляют коксовую пленку огнеупора и образуют легкоплавкие соединения с его составляющими (СаО и MgO).

Увеличение количества шлака и его чрезмерная окислен-ность способствуют появлению выбросов и ведут к росту потерь железа со сливаемым шлаком в виде окислов. Повышение окисленности шлака вызывает также увеличение угара рас-кислителей. При слишком густом шлаке и повышенном его количестве возрастают потери железа со шлаком в виде корольков; повышение его количества вызывает также рост потерь тепла со сливаемым шлаком.

Формирование шлака. В связи с кратковременностью продувки чрезвычайно важно обеспечить как можно более раннее формирование шлака, в противном случае из-за недостаточного времени контакта металла со шлаком не успеют завершиться дефосфорация и десульфурация. Кроме того, при про дувке без шлака наблюдается повышенный вынос капель ме-

294

талла с отходящими газами и образование на фурме настылей металла.

Формирование основного шлака сводится к растворению загружаемой в конвертер кусковой извести в образующейся с первых секунд продувки жидкой шлаковой фазе – продуктах окисления составляющих чугуна (SiO₂, MnO, FeO). Известь тугоплавка (температура плавления СаО составляет 2570 °С), поэтому для ее растворения необходимо взаимодействие СаО с окислами окружающей шлаковой фазы с образованием легкоплавких химических соединений, которые расплавлялись бы при температурах конвертерной ванны.

Практика показала, что без принятия специальных мер растворение извести происходит медленно. Это объясняется тем, что в образующейся в первые секунды продувки шлаковой фазе содержится большое количество SiO₂ и, реагируя с этим оксидом, куски извести покрываются тугоплавкой оболочкой из двухкальциевого силиката 2СаО • SiO₂ (температура плавления 2130 °С), препятствующей дальнейшему растворению. Поэтому необходимо добавлять компоненты, понижающие температуру плавления этого силиката, а также самой извести.

Наиболее эффективны в этом отношении CaF₂ и оксиды железа, в несколько меньшей степени МпО. С учетом изложенного в конвертер в начале продувки обычно присаживают плавиковый шпат (CaF₂), а обогащение шлака окислами железа достигают, начиная продувку при повышенном положении фурмы, и иногда за счет присадок железной руды, агломерата, окатышей, боксита.

Шлаковый режим. Продувку с целью обогащения шлака оксидами железа начинают при повышенном положении фурмы. После начала продувки в конвертер вводят первую порцию шлакообразующих – часть извести и плавиковый шпат и иногда вместо него агломерат, окатыши, железную руду, боксит и др. Остальную известь загружают одной или несколькими порциями в течение первой трети длительности продувки. Иногда с целью ускорения шлакообразования до 30–60 % извести вводят в конвертер на стальной лом перед заливкой чугуна, а остальную – по описанному выше режиму. Загрузку шлакообразующих одной порцией не делают, так как это вызывает охлаждение ванны, слипание кусков извести и замедление шлакообразования.

295

Общий расход извести составляет 6–8 % от массы плавки; его определяют расчетом так, чтобы обеспечивалась требуемая основность шлака (CaO/SiO₂ = 2,7–3,6). Расход плавикового шпата составляет 0,15–0,3 % и иногда более.

Шлаковая фаза начинает формироваться с первых секунд продувки, вначале она состоит из продуктов окисления составляющих жидкого чугуна; дальнейшее изменение состава шлака по ходу продувки показано на рис. 94. В результате растворения извести содержание СаО в шлаке возрастает, а содержание SiO₂, MnO и FeO снижается. Заметно уменьшается содержание FeO в период наиболее интенсивного окисления углерода (середина продувки), когда сильное развитие получает реакция окисления углерода за счет окислов железа шлака. В конце продувки, когда углерода в металле мало, начинает окисляться железо и содержание FeO в шлаках возрастает, причем тем значительнее, чем до более низкого содержания углерода в металле ведут продувку.

Состав конечного шлака следующий: 43–52 % СаО; 14–22 % SiO₂; 8-25% FeO; 2-6% Fe₂O₃; 3-12% MnO; 3-7% Al₂O₃; 1,5-4% MgO; 0,5-4,0% P₂O₅; < 3 % CaF₂; < 1 % CaS. Соотношение между содержанием СаО и SiO₂ определяется основностью шлака, которой задаются и которую регулируют, изменяя расход извести. Количество оксидов железа, как отмечалось, будет тем выше, чем ниже содержание углерода в металле в конце продувки. Содержание FeO в шлаке, %, можно определить по эмпирической формуле: FeO = 7,3 + 0,85/ /(С + 0,01), где С – содержание углерода в металле по окончании продувки. Содержание Fe₂O₃ в 3–4 раза ниже содержания FeO. Количество MnO в шлаке возрастает при увеличении содержания марганца в чугуне и окисленности шлака. Содержание MgO тем выше, чем сильнее изнашивается футеровка, составляющие которой переходят в шлак.

Количество образующегося шлака равно 11–17 % от массы стали.

Шлакообразующие флюсы. Как уже отмечалось, более раннее образование шлака существенно улучшает дефосфорацию и десульфурацию, а также другие показатели конвертерной плавки. Применяемый же для ускорения шлакообразования плавиковый шпат дефицитен и дорог и, кроме того, вызывает выброс в атмосферу вместе с отходящими газами токсичных фторидов. Поэтому разрабатывают новые и экологически ме-

296

нее вредные способы ускорения наведения шлака. На отечественных заводах опробованы и иногда используют ряд флюсов, при применении которых медленное растворение тугоплавкой извести заменяется более быстрым расплавлением содержащих СаО легкоплавких фаз. К их числу относятся* офлюсованная или "ожелезненная" известь (куски извести с оболочкой толщиной до 10 мм из соединений СаО и Fe₂O₃), получаемая потем введения веществ, содержащих оксиды железа в известковообжигательные печи; спеченный на агломерационной машине шлам конвертерных газоочисток (в основном оксиды железа) с добавкой известняка и доломита, вносящих СаО и MgO; спеченные или сплавленные флюсы на основе СаО с оксидами, образующими легкоплавкие химические соединения.

Положительные результаты получены при промышленном опробовании ряда минеральных веществ и отходов производства: нефелиновой руды, содержащей 8–17 % Na₂O + К₂О; марганцевой руды или агломерата, содержащих до 35 % Мп в виде оксидов; шлака от производства силикомарганца, содержащего 16–19 % МпО; шлака от производства силумина, содержащего SiC и металлические алюминий и кремний; отработанной угольной футеровки электролизных ванн алюминиевого производства, содержащей Al₂O₃, SiO₂, Na, F, С; ряда других веществ.