» » Неметаллическая группа шихтовых материалов
15.01.2015

1. Флюсы.
Для образования и регулирования состава шлака используют специальные добавочные шлакообразующие материалы - флюсы.
Известь - основной флюсующий материал кислородно-конвертерной плавки. Качество извести в значительной степени определяет ход шлакообразования, десульфурации и дефосфорации металла и технико-экономические показатели процесса. В связи с этим к этому материалу предъявляются особые требования:
- известь должна быть свежеобожженной.
При хранение на воздухе она взаимодействует с влагой атмосферы: CaO+H2O=Ca(OH)2 и может внести в сталеплавильную ванну значительное количество водорода;
- высокое содержание CaO (не менее 90 %);
- минимальное содержание серы;
- минимальное количество SiO2, так как при этом снижается флюсующая способность извести ф = (CaO) + (MgO) - B(SiO2);
- высокая реакционная способность;
- фракционный состав должен находиться в пределах 10-50 мм, что ускоряет ее растворение в шлаке и снижает вынос при продувке.
Для получения извести используют печи разных типов: шахтные, вращающиеся и с кипящим слоем. В зависимости от характера и температуры обжига получается мягко- или твердообожженная известь. В кислородноконвертерном производстве рекомендуется использовать мягко обожженную известь, чистую по сере, с хорошо развитой поверхностью и высокой реакционной способностью.
В качестве примера в табл. 3.1-3.3 приведены химический и гранулометрический составы извести, получаемой на ОАО «Испат-Кармет» (ныне АО «Миттал стил Темиртау»), кислородно-конвертерный цех которого использовал два ее типа, проходящих подготовку тремя различными способами: твердо-обожженную известь шахтных печей (ШП) и мягкообожженный продукт, получаемый во вращающихся печах (ВП) и в печи кипящего слоя (КС).
С точки зрения классических представлений о предъявляемых требованиях к извести мягкообожженный продукт (ВП) выглядит предпочтительнее, в то же время известь (КС) имеет наилучший показатель реакционной способности и содержит меньше серы. О технологических достоинствах того или иного типа извести будет указано в разделе 3.6.
Известняк. Этот материал используют взамен извести в небольших количествах, так как он обладает большим охлаждающим эффектом при его разложении по реакции: CaCO3 = CaO + CO2 - 198 кДж.
Содержание CaCO3 в известняке должно быть не менее 95 %.
Неметаллическая группа шихтовых материалов
Неметаллическая группа шихтовых материалов

Плавиковый шпат используют для разжижения шлака. Основная составляющая - CaF2 - флюорит (75-95 %). Нежелательная примесь - SiO2. Особенность разжижающего действия плавикового шпата - его кратковременность: под влиянием паров воды CaF2 распадается по реакции:
CaF2 + H2O = CaO + 2HF

Расход плавикового шпата составляет 0,3-0,6 кг/т стали.
Доломит используется для снижения износа футеровки. При содержании MgO в шлаке в количестве 6 - 8 % улучшается его жидкоподвижность.
Доломитизированная известь применяется для ускорения шлакообразования и повышения стойкости футеровки конвертеров. Известь, содержащая 5-8 % MgO, поставляемая Докучаевским флюсодоломитовым комбинатом, используется в конвертерном цехе Енакиевского металлургического завода. На АО «Миттал Стил Темиртау» подобный материал получают совместным обжигом известняка и доломита во вращающихся печах.
2. Твердые окислители (охладители)
Для ускорения процессов окисления примесей металлической ванны, шлакообразования, а при необходимости для охлаждения плавки используют руду, агломерат, окатыши и другие железосодержащие материалы. При температурах сталеплавильных процессов кислород оксидов железа расходуется на окисление составляющих металлошихты. Используемые материалы должны соответствовать определенным требованиям:
- высокое содержание железа;
- минимальное содержание SiO2 (≤8 %);
- низкие содержания серы и влаги;
- отсутствие мелочи и пыли.
Количество сыпучих охладителей в случае плавки без лома может составлять 4 - 7 % от массы шихты.
К достоинствам использования этих материалов следует отнести следующее:
- возможность подачи их в конвертер порциями по ходу продувки, что сокращает цикл плавки на 5-10 %;
- уменьшение удельного расхода газообразного кислорода на 10-15%;
- увеличение выхода жидкого (за счет «пригара»),
В то же время факторами, ограничивающими применение сыпучих охладителей, являются их большой охлаждающий эффект (в 4-5 раза больше, чем у лома), повышенный расход шлакообразующих (из-за наличия кремнезема), непостоянный охлаждающий эффект и др. Каждому из этих материалов присущи свои достоинства и недостатки. К достоинствам агломерата перед железной рудой относятся: отсутствие влаги и низкая температура плавления (~1205°С) по сравнению с температурой плавления последней (1430-1520°С), недостатками агломерата являются малая плотность, пониженный окислительный потенциал.
В целом можно считать, что сыпучие выполняют одновременно несколько функций - они являются охладителями плавки, окислителями и в определенной мере шлакообразующими материалами, так как ускоряют процесс шлакообразования из-за наличия окислов железа.
Выбор метода охлаждения конвертерной плавки определяется технологическими, экономическими и местными условиями. Хорошие результаты дает комбинированный метод - лом плюс небольшие присадки руды или агломерата для регулирования температуры металла по ходу плавки.
3. Комплексные (синтетические) материалы
Перспективным направлением является использование в кислородных конвертерах специальных (синтетических) сыпучих, изготовленных в виде брикетов, окатышей или высокоосновного агломерата из порошкообразных смесей руды и извести (известняка). Широкое использование брикетов и окатышей сдерживается трудностями приготовления (необходимы специальные прессы, связующие материалы, обжиговые печи и др.).
Ожелезненная известь.
Этот продукт получают путем совместного обжига известняка и конвертерного шлама в трубчатых печах. Данная технология отработана на HЛMK. Известняк обжигают во вращающейся печи при 900-1100°C с подачей шлама в потоке газа-носителя в локальную зону образования флюса, в которой известь нагревают до 1200-1400°С с выдержкой в печи 5-15 мин. Получаемый флюс, содержащий 80-95 % CaO и до 10 % оксидов железа, представляет собой двухслойный кусковый продукт, сердцевина которого - известь с повышенной реакционной способностью, а оболочка 3-12 мм - ферриты кальция. Содержание оксидов железа на поверхности кусков составляет 4-14 %, в центре - 0,4-0,6 %.
Покрытие, образующееся на извести, уменьшает ее гидратацию и повышает стойкость при транспортировке и хранении. Полная гидратация наступает через 14-15 сут. (для обычной извести - 8 сут.).
На MMK сырьем для производства ожелезненной извести служит известняк Агаповского месторождения, колошниковая пыль и глина в соотношении 92 : 4 : 4 с добавлением воды в количестве 38-42 %. Глина подается в шлам для лучшего гранулирования. Подготовленный в мельницах шлам поступает в общую емкость, из которой насосами перекачивается в вертикальный бассейн и затем - во вращающуюся печь (рис. 3.4).
Неметаллическая группа шихтовых материалов

Готовый продукт получают в виде прочных гранул (до 80 мм), которые могут храниться до одного месяца. Химический состав ожелезненной извести приведен в табл. 3.4.
Неметаллическая группа шихтовых материалов

Железофлюс. На Ново-Липецком металлургическом комбинате применяют железофлюс на основе ферритов кальция, содержащий 50 - 55 % CaO, 25-40 % оксидов железа. Его получают на обычных агломашинах ленточного типа. Сырьем служит дробленый известняк и железорудный концентрат или окалина. Однако лучшим и наиболее дешевым материалом является конвертерный шлам. Стоимость железофлюса на его основе меньше стоимости обожженной извести.
Применение комплексных флюсов на базе CaO - FeO практически не влияет на тепловой баланс плавки, обеспечивает раннее шлакообразование, снижает расход кислорода, повышает выход годного.
4. Отходы смежных производств
Отходы абразивного производства. С целью стабилизации окисленности ванны успешно применяют карбидсодержащие шлаки, содержащие 25-45 % SiC2 и 10-25 % Сграфит. Раскисляющее их действие основано на протекании реакции:
Неметаллическая группа шихтовых материалов

Отходы производства алюминия. Из различных видов алюминийсодержащих отходов наибольшую долю составляют алюминийсодержащие шлаки (АСШ), которые содержат, %: Al 45-65, Al2O3 25-35, SiO2 4-6, MgO 2-4, (NaCl + CaCl2) 1,0-1,6, Feобщ. 5-7.
По оценкам ВНИИПВвторцветмет запасы ACO составляют около 1,5 млн.т., ежегодное образование 80-100 тыс.т. ACO используют с целью ускорения шлакообразования, раскисления шлака, форсированного нагрева ванны.
Шлаки производства ферросплавов. Перспективным направлением является использование марганцевых шлаков в конвертерном производстве, особенно в связи с наметившейся тенденцией снижения марганца в чугуне. Применение ковшовых остатков (коржей) производства силикомарганца, содержащих не менее 30 % МпО, в условиях НТМК, АО «Северсталь» и Западносибирского металлургического комбинатов в количестве 6-10 кг/т стали позволило улучшить процессы шлакообразования, снизить расход плавикового шпата на 0,7-1,5 кг/т, при этом достигнута экономия марганецсодержащих ферросплавов в количестве 0,9 кг/т стали.
В качестве нетрадиционных шихтовых материалов в конвертерной плавке нашли применение также отходы карбидного производства, пыль из систем газоочисток известково-обжиговых печей и другие побочные продукты смежных производств.