Назад Содержание Вперед

Бабенко А.А. - доктор технических наук, исполнительный директор
по металлургии ГНЦ РФ ОАО "Уральский институт металлов",
г. Екатеринбург

"Стабилизация окисленности металла и разделение
продуктов конверторной плавки на выпуске"

Низкие скорости окисления фосфора и углерода на заключительных этапах верхней кислородной продувки конверторной ванны являются основной причиной значительного переокисления металла и шлака.

Исследования кинетики гетерогенной реакции окисления фосфора в металлическом расплаве на заключительных этапах рафинирования показали, что скорость процесса при содержании фосфора в металле менее 0,25% лимитируется его транспортировкой из объема металла к фронту протекания реакции и с уменьшением концентрации фосфора в металле в ходе рафинирования скорость его окисления резко снижается. Это обусловлено прежде всего ухудшением массообменных процессов. Основным параметром, определяющим интенсивность их протекания, является общая удельная мощность перемешивания конверторной ванны, которая главным образом зависит от интенсивности газовыделения за счет развития реакции окисления углерода. Однако, как показывают результаты многочисленных исследований, проведенных в промышленных и полупромышленных конверторах донного, бокового и верхнего дутья, скорость окисления углерода не остается постоянной во времени и изменяется с изменением концентрации углерода. Во всех случаях отмечают, что при низких концентрациях углерода скорость его окисления лимитируется внутридиффузионным звеном. И чем ниже содержание углерода в металле, тем ниже скорость его окисления. Уменьшение скорости окисления углерода при низких его концентрациях значительно снижает общую удельную мощность перемешивания ванны конвертора, которая достигает минимальных значений в конце продувки, когда мощность перемешивания ванны за счет пузырей СО резко уменьшается, а энергии струи кислорода оказывается недостаточно для интенсификации массообменных процессов. В этом случае для достижения глубокой дефосфорации металла приходится увеличивать длительность операции окислительного рафинирования, т.е. увеличивать абсолютный расход газообразного окислителя, а это приводит к насыщению ванны кислородом за счет интенсификации процесса поверхностного окисления железа и накопления его оксидов в шлаке. Концентрация кислорода в металле резко увеличивается, значительно превышая равновесную с углеродом. Фактическое значение произведения концентрации [c] [о] в конце заключительного этапа окислительного рафинирования чугунов с повышенным содержанием фосфора в большегрузных конверторах достигает в среднем 40 10-4 против равновесного значения произведения [c] [о], полученного по данным Вечера и Гамильтона в интервале температур 1450-1650oС и равного 25 10-4. Поэтому для обеспечения глубокой дефосфорации металла и исключение значительного переокисления системы шлак-металл требуется разработка и реализация эффективных технических и технологических решений, направленных на интенсификацию массообменных процессов.
Для условий переработки в большегрузных кислородных конверторах чугунов с повышенным содержанием фосфора разработан комплекс технологических приемов, направленных на интенсификацию массообменных процессов при низких содержаниях углерода, включающий изменение режима продувки на заключительных стадиях рафинирования и использование дополнительных присадок извести и углеродсодержащих материалов, обеспечивающий глубокое рафинирование металла от фосфора и серы, снижение и стабилизацию окисленности металла и шлака. На опытных плавках интенсивное перемешивание ванны начиналось сразу после ввода реагентов в конвертор, концентрация фосфора уменьшилась в среднем на 0,003%, серы на 0,002% при одновременном снижении окисленности металла на 0,012% и шлака на 3,0%. Наряду с уменьшением абсолютной концентрации кислорода в металле отмечаются стабилизация окисленности и ее приближение к равновесию с углеродом. Произведение концентраций [c] [о] уменьшается в среднем с 40 10-4 на плавке текущего производства до 26 10-4 при реализации разработки, а среднее квадратическое отключение снижается с 0,0112% при среднем содержании кислорода в металле 0,057% до 0,0039% при концентрации кислорода 0,045%.

Уменьшение окисленности шлака, повышение его основности и охлаждение расплава приводят к изменению физических свойств конечного шлака. Через 2-3 мин после присадки материалов в конверторную ванну шлак практически полностью переходит в гетерогенное состояние: вязкость его увеличивается, жидкотекучесть уменьшается. Изменение свойств шлака препятствует его попаданию в ковш при выпуске плавки из конвертора. Эффективность отсечки шлака путем перевода его в гетерогенное состояние характеризуется наблюдаемым на опытных плавках кипящего металла снижением в 1,2 раз угара марганца и практически полным отсутствием развития процесса рефосфорации, величина которого не превышает 3,5%.