Внепечная обработка стали

-магистрант КарГТУ (МетМ15-1)

-ассистент КарГТУ

  Нау. рук - к. т.н., доцент

ВНЕПЕЧНАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Одним из важнейших направлений развития металлургии черных металлов является повышение качества выпускаемой металлопродукции при одновременном снижение ее себестоимости.

Решение данной проблемы определяется совершенствованием процесса производства стали на каждом этапе металлургического производства.

В дуговых печах в окислительный период трудно достичь высокой степени десульфурации стали, так как коэффициент распределения  серы между шлаком и металлом обычно не превышает 7-8.

В восстановительный период при плавке под высокоосновным шлаком с низким содержанием FeO  можно получить сталь с низким содержанием серы. Однако, вследствие малой скорости диффузии серы в системе металл шлак при отсутствии интенсивного перемешивания ванны, вызываемого в окислительный период окислением углерода, процесс этот протекает медленно, что отрицательно сказывается на производительности печей. Поэтому большой интерес представляет внепечная десульфурация стали.

Перемешивание стали со специальным приготовленным (синтетическим) шлаком является способом рафинирования стали и позволяет интенсифицировать переход в шлак тех вредных примесей, которые удаляются в шлаковую фазу: серы, фосфора, кислорода (в виде оксидных неметаллических включений). В тех случаях, когда основная роль в удалении примеси принадлежит шлаковой фазе, скорость процесса пропорционально величине площади межфазной поверхности.

Обычно способ обработки стали синтетическим шлаком используют прежде всего для удаления серы, поэтому основой искусственного синтетического шлака является CaO; для снижения температуры плавления в состав шлаковой смеси вводят Al2O3 и другие добавки. Поскольку в таком шлаке практически нет оксидов железа, он является одновременно хорошим раскислителем. Если ставится задача очистки сплава от неметаллических включений определенного состава, то соответственно подбирают состав синтетического шлака. Во всех случаях задача заключается, во первых, в получении шлака нужного состава и, во вторых, в разработке способа получения максимальной поверхности контакта шлаковой и металлических фаз.

Внепечную десульфурацию металла можно осуществлять, обрабатывая его в ковше во время выпуска плавки. Основной особенностью десульфурации стали в ковше является создание большой поверхности контакта реакции, протекающих медленно в печи, заменяются очень быстрыми реакциями, происходящими  в ковше.

Обрабатывать металл при сливе в ковше можно твердыми порошкообразными материалами (ТПМ) и жидкими синтетическими шлаками.

При обработке в ковше твердыми материалами и их смесями (известь, плавиковый шпат, сода и др.) заметной десульфурации не дает.

Хорошие результаты десульфурации стали дает обработка металла в ковше синтетическими шлаками.

Для десульфурации применяется известково-глиноземистый шлак, содержащий 52-55% CaO, 40-46% Al2O3, 0,5% FeO, 3% MgO. Расход шлака 4-6% от массы металла. Нагретый до 1650?-1750? шлак заливают в ковш за несколько минут, падая в жидкий шлак, разбивается на мелкие капли, вследствие чего образуется огромная поверхность контакта металла со шлаком, превышающая поверхность в дуговой печи в тысячи раз. На этой поверхности быстро протекают процессы рафинирования, в частности десульфурация стали.

Известково-глиноземистый синтетический шлак, содержащий большое количество CaO и малое SiO2 и FeO, обладает высокой десульфурирующей способностью. Поскольку к тому же при обработке в ковше между металлом и шлаком возникает огромная поверхность контакта и реакция десульфурации приближается к равновесию, коэффициент распределения (S)/[S] достигает величины 150-180, то есть значительно большей чем при плавке в дуговой печи. Это позволяет понизить содержание серы в стали на 50-80% и получить готовый металл, содержащий 0,002-0,010%.

Основное требование к составам синтетических шлаков - минимум оксидов железа для обеспечения максимального обессеривающего эффекта при обработке стали синтетическим шлаком такого состава (высокая основность и низкая окисленность) протекают процессы десульфурации и раскисление.

Капли синтетического шлака будут рафинировать сталь от включений (капли шлака, всплывая, уносят неметаллические включения).

Это является важной особенностью рафинирования синтетическим шлаком, обеспечивающей существенное улучшение качества стали.

Интенсивная десульфурация, раскисление стали обработка синтетическим шлаком позволяет упростить технологию плавки, перенося эти операции в ковш.

Литература

Общая металлургия. М, «Академкнига» 2005 г. Теория и технология производства стали. М, «Мир» 2003 г.