Обработка металла жидкими синтетическими шлаками

Перемешивание металла с синтетическим шлаком позволяет интенсифицировать процесс перехода в шлак вредных примесей, удаляющихся в шлаковую фазу (сера, фосфор, кислород). Чаще этот способ используют для удаления серы, поэтому основным компонентом синтетического шлака является известь (иногда плавиковый шпат), также такой шлак является хорошим раскислителем поскольку почти не содержит оксидов железа.

Способы обработки металла шлаками:

– обработка стали при ее выпуске твердыми смесями (СаО – СаF₂), расплавляющимися за счет тепла жидкой стали с целью десульфурации;

– обработка стали жидкими известково-глиноземистыми шлаками с целью десульфурации и раскисления металла (53 – 55% СаО; 43 – 45%Al₂O₃, не более 3% SiO₂ и не более 1% FeO);

– обработка металла во время разливки и кристаллизации шлаками различного состава с целью удаления вредных примесей и получения хорошей поверхности слитка;

– введение на жидкий металл в ковше синтетических твердых смесей (СаО, SiO₂, Al₂O₃), расплавление их за счет тепла дуг от электродов, вводимых через крышку ковша, и продувка металла снизу аргоном (или азотом) для перемешивания со шлаком с целью десульфурации (до 0,005 – 0,007%) и удаления неметаллических примесей.

Воспроизводимость результатов десульфурации и получение низких концентраций серы обеспечиваются при условии содержания алюминия в стали после продувки не менее 0,02% и соответственно кислорода не более 0,002%. Это обеспечивается предварительным вакуумированием стали и достаточно полным раскислением ее алюминием.

В ковшах, футерованных шамотом, содержание серы в стали составляет 0,008% и выше. Содержание серы 0,005% и менее может быть получено только при выпуске в ковши с основной футеровкой или при предварительной десульфурации стали жидким синтетическим шлаком. Перемешивание металла с синтетическим шлаком позволяет интенсифицировать процесс перехода в шлак вредных примесей, удаляющихся в шлаковую фазу (сера, фосфор, кислород).

Расход синтетического шлака относительно невелик: 3 – 5% от массы металла. Основное требование, предъявляемое к синтетическим известково-глиноземистым шлакам – минимальная окисленность (обеспечение хороших условий для раскисления стали и ее десульфурации) и максимальная активность СаО. Поэтому в этих шлаках не должно содержаться оксидов железа, а содержание кремнезема должно быть ограничено. Наличие фосфора исключается, так как при обработке он перейдет в металл. Если в шихте, из которой плавят шлак, содержится кремнезем, то в состав шлака вводится магнезия, образующая силикаты магния и снижающая активность СаО.

Одним из распространенных способов внепечного рафинирования с вдуванием порошков стала обработка металла в ковше кальцийсодержащими материалами. Положительные моменты метода:

- кальций обладает высоким сродством к кислороду, поэтому введение его в металл обеспечивает высокую степень раскисления металла;

- кальций обладает высоким сродством к сере, поэтому введение его в металл обеспечивает высокую степень обессеривания металла и низкое содержание серы после обработки.

Таблица 2 – Состав синтетического шлака

Компонент	CaO	Al2O3	SiO2	MgO
1	2	3	4	5
Содержание, %	50-55	37-43	<7, иногда10-15	<7

Температура плавления шлака снижается в зависимости от состава до 1400 – 1300⁰С.

При обработке металла шлаком такого состава (высокая основность и низкая окисленность) протекают процессы десульфурации (содержание серы в металле снижается до 0,002 – 0,010%), раскисления (окисленность металла снижается в 1,5 – 2,0 раза) и удаление НВ. Десульфурация протекает в результате взаимодействия металла со шлаком

[S] + [Fe] + (CaO) = (CaS) + (FeO),

К=a_(CaS)a_(FeO) / (a_[S]a_(CaO)),

где К – коэффициент десульфурации;

a_(),[] – активности компонентов.

Если величина межфазного натяжения на границе капля синтетического шлака – НВ меньше величины межфазного натяжения на границе металл – НВ , капли шлака будут всплывать вверх, унося с собой НВ. Общее содержание НВ после обработки синтетическим шлаком уменьшается примерно в два раза.

Если доля конечного шлака попадает в ковш, воздействие синтетического шлака на попадающий в ковш металл за время выпуска оказывается положительным и обеспечивает заметное улучшение состава и свойств металла.