Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Ход кислой мартеновской плавки

При кислой мартеновской плавке, так же, как в основном мартеновском скрап-процессе, соотношение между загружаемыми в печь чугуном и скрапом зависит от заданного содержания углерода в металле, при котором обеспечивалось бы проведение периода кипения. Обычно состав шихты рассчитывают таким образом, чтобы после расплавления металл содержал на 0,5—0,6 % С больше, чем требуется в готовой стали.

В отличие от основного мартеновского процесса, при котором в печь заваливают значительное количество известняка или извести, а при скрап-рудном — также железную руду, в кислом процессе источников для образования шлака меньше. Сталь может оказаться покрытой недостаточным слоем шлака, в результате он интенсивно окисляется и насыщается газами. Для предотвращения этого на подину до завалки (или заливки) шихты загружают конечный кислый шлак (от предыдущих плавок), шамотный бой и кварцевый песок (2—4 % от массы металла).

При работе дуплекс-процессом для ускорения начала кипения ванны в печь вводят некоторое количество железной руды (менее 0,5 % от массы металла). В шлак переходит некоторое количество футеровки пода. Это количество зависит от качества наварки пода и от угара примесей шихты, прежде всего железа и марганца. Образующиеся во время плавления основные оксиды железа и марганца вступают во взаимодействие с кремнеземом, образовавшимся в результате окисления кремния шихты. В результате получаются сравнительно легкоплавкие силикаты железа и марганца. Однако количества SiO2, образующегося при окислении кремния шихты, для ошлакования FeO и MnО обычно недостаточно. Недостающее количество кремнезема переходит в шлак из футеровки пода:

  • 2(FeO) + SiO2 = (FeO)2 • SiO2;
  • 2(MnO) + SiO2 = (МпО) • SiO2.

Если в период завалки в мартеновскую печь вводят шамот или песок, то количество футеровки, перешедшей в шлак, уменьшается. Таким образом, кислая футеровка печи регулирует состав шлака после расплавления. Практически, несмотря на существенные различия состава шихты и типа процесса, во всех случаях состав кислого мартеновского шлака после расплавления примерно одинаков: 15—20 % FeO, 20—30 % MnО, 42—47 % SiO2; изменяется лишь количество шлака.

Суммарное количество оксидов железа и марганца (FeO) + (MnО) в кислом шлаке после расплавления составляет 45-50%. Находясь в соприкосновении с кислой футеровкой пода, шлак кислого мартеновского процесса непрерывно обогащается кремнеземом. Содержание SiO2 в шлаке к концу плавки достигает 55—60 %. Из диаграммы состояния системы FeO—MnO—SiO2 следует, что для расплавления шлака, содержащего > 55 % SiO2, требуется температура, значительно превышающая температуру ванны (1600 °С), поэтому к концу плавки кислый шлак становится гетерогенным. Избыточное по отношению к концентрации насыщения количество кремнезема находится в шлаке во взвешенном состоянии.

Диаграмма состояния системы FeO—MnO—SiO2
Рисунок 1. Диаграмма состояния системы FeO—MnO—SiO2

Таким образом, в отличие от основного мартеновского процесса, где активность SiO2 в шлаке ничтожно мала, ванна кислого мартеновского процесса насыщена кремнеземом, что создает благоприятные условия для восстановления кремния из кремнезема шлака и пода.

В кислой мартеновской печи непрерывно идут два процесса:

  • окисление кремния кислородом оксидов железа шлака, в результате чего содержание кремния в металле уменьшается;
  • восстановление кремния из шлака и пода, в результате чего содержание кремния в металле повышается.

Содержание кремния в ванне определяется соотношением скоростей этих процессов. Скорость восстановления кремния из пода примерно постоянна, скорость его окисления в большой степени зависит от состава шлака и его жидкотекучести. Интенсифицировать процессы окисления примесей в кислой печи можно введением железной или марганцевой руд, извести или мелкораздробленного известняка, а также продувкой ванны воздухом или кислородом. Например, при введении в печь извести (известняка) образуются более прочные, чем силикаты железа, силикаты кальция

  • (FeO) • SiO2 + 2CaO = (СаО)2 • SiO2 + 2(FeO),

в результате чего активность оксидов железа в шлаке возрастает. Влияние состава шлака на его жидкотекучесть показано на рис. 2, б. Изменять скорости протекания реакции окисления можно также изменением характера атмосферы печи. При уменьшении коэффициента расхода воздуха уменьшаются парциальные давления окислительных составляющих газовой фазы (O2, Н2О, СO2), и скорость перехода кислорода в металл снижается.

Изменение состава и свойств кислых шлаков
Рисунок 2. Изменение состава и свойств кислых шлаков:
а — схема процесса восстановления кремния в кислой мартеновской печи; б — влияние состава кислого шлака на его текучесть

Если после расплавления в печь не вводят никаких добавок, то по мере повышения температуры металла шлак постепенно насыщается кремнеземом, становится все более вязким, скорость перехода кислорода из атмосферы печи через шлак в металл уменьшается. В результате через некоторое время после расплавления скорость восстановления кремния оказывается выше скорости его окисления и концентрация кремния в металле растет. Такой метод ведения плавки называют пассивным, а процесс — кремневосстановительным.

Если по ходу кислой мартеновской плавки вводят руду, известь или известняк, в результате чего повышается жидкоподвижность шлака, растет его окислительная способность и сталь интенсивно кипит, то содержание кремния выше определенных пределов (0,10-0,12%) не возрастает. Такой метод ведения плавки называют активным, а процесс — с ограничением восстановления кремния. При активном процессе после расплавления и при достаточно высокой температуре металла в печь присаживают небольшими порциями железную руду. Начинается интенсивное кипение, скорость окисления углерода составляет 0,2-0,3 % С/ч. За 30-40 мин до раскисления подачу в печь добавок прекращают, однако к этому моменту уже сформировался шлак такого состава, который способствует продолжению кипения металла со скоростью окисления углерода 0,10-0,15 % С/ч до конца периода кипения.

Кремневосстановительный процесс начинается так же, как и активный, присадкой руды и кипением ванны. После того как металл нагрелся, а шлак начал заметно густеть, обогащаясь кремнеземом, ход кремневосстановительного процесса отличается от хода активного процесса. Руду или известь больше не присаживают, окислительную роль факела сводят к минимуму, в металле заметно возрастает содержание кремния, кипение металла практически прекращается. Проба металла, взятая из печи, в этот период застывает совершенно спокойно, т.е. металл раскислен. Этот период "мертвого" состояния ванны, когда кипение практически прекратилось (скорость окисления углерода всего ~ 0,05 % С/ч) и происходит постепенное восстановление кремния, называют периодом стабилизации.

Продолжительность периода стабилизации составляет 1—2 ч. При пассивном методе количество восстановленного кремния составляет не менее 0,20-0,22%. Промежуточное положение между активным и пассивным методами ведения плавки занимает полуактивный метод с восстановлением кремния до 0,12-0,16%.

Источник [2] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: мартеновское производство стали
Вернуться на главную: Черная металлургия