» » Факторы, определяющие окисленность конвертерной ванны
15.01.2015

УГЛЕРОД. Содержание кислорода в обезуглероживаемой ванне [%О]ф определяется равновесной с углеродом концентрацией кислорода [%О]р и избыточной Δ[%О].
Чем выше скорость обезуглероживания ванны, тем интенсивнее ее барботаж, тем быстрее транспортируется растворяющийся в металле кислород к месту реакции с углеродом и тем меньше накопление кислорода в металле сверх равновесного, т.е. тем ниже значение Δ[%О].
Поскольку в кислородном конвертере скорости окисления углерода значительно выше, чем в мартеновской печи, следует ожидать более низкие концентрации кислорода при определенных содержаниях углерода. Это подтверждается практикой (рис. 3.60).
Факторы, определяющие окисленность конвертерной ванны

В конвертерной ванне на содержание и активность кислорода по ходу плавки очень большое (как правило, решающее) влияние оказывает углерод; он является регулятором окисленности ванны.
В.И. Явойским с сотрудниками получено уравнение парной корреляции, связывающее активность кислорода в конвертерной ванне с концентрацией углерода
Факторы, определяющие окисленность конвертерной ванны

Однако при содержании углерода < 0,10% процесс кипения ванны замедляется и углерод уже не является определяющим фактором, регулирующим окисленность ванны. Начинается проявление преобладающего влияния других факторов, прежде всего активности оксидов железа в шлаке.
Окисленность шлака. При отсутствии кипения обычно соблюдается соотношение а(FeO)/a[O] = const . Чем выше активность оксидов железа в шлаке, тем выше окисленность металла. Поэтому при выплавке малоуглеродистой стали невозможно избежать в конце окислительного рафинирования высокого содержания оксидов железа в шлаке и кислорода в металле. Повышение переокисленности ванны А[О] = [О]ф - [О]с приводит к существенному увеличению расхода раскислителей и снижению выхода годного.
Содержание марганца в металле. В связи с тем, что активность закиси железа в шлаке к концу продувки находится в обратной зависимости от концентрации марганца в металле
Факторы, определяющие окисленность конвертерной ванны

имеет место уменьшение содержания кислорода в металле при получении к концу продувки более высоких содержаний марганца в конвертерной ванне.
Интенсивность дутья. Как указывалось ранее, фактическое содержание кислорода в металле непрерывно увеличивается по мере снижения концентрации углерода.
Избыток кислорода Δ[O] связан с торможением процесса его диффузии к реакционной поверхности. Расчеты В.И. Баптизманского показывают, что с увеличением скорости окисления углерода величина Δ[O] должна уменьшаться вследствие улучшения условий внутреннего массопереноса, что подтверждается данными практики. Как видно из данных рис. 3.61, с увеличением интенсивности продувки (а следовательно, и vC) снижается как общая окисленность металлической ванны, так и величина Δ[O].
Факторы, определяющие окисленность конвертерной ванны

Скорости окисления углерода в кислородных конвертерах значительно выше, чем в мартеновских печах, поэтому степень окисленности конвертерного металла должна быть несколько ниже.
Додувки. Управление процессом продувки металла в конвертере до настоящего времени полностью не автоматизировано. В связи с этим на практике еще достаточно часты случаи проведения вынужденной коррекции плавок после окончания продувки.
В табл. 3.20 представлены данные по влиянию додувок на изменение окисленности металла при выплавке стали в 300-т конвертерах.
Факторы, определяющие окисленность конвертерной ванны

Заметное увеличение окисленности металла наблюдается при содержании углерода ниже 0,10%. Додувки, осуществляемые при углероде 0,06% и ниже, приводят к резкому повышению концентрации кислорода в металле.
По-видимому, такое явление можно объяснить тем, что при низких концентрациях углерода ослабевает перемешивание металла окисью углерода, массообменные процессы замедляются, и поступающий в ванну кислород расходуется преимущественно на окисление железа. При повышенных содержаниях углерода перемешивание металла довольно интенсивно, ибо в этом случае к энергии кислородной струи добавляется энергия пузырей CO.
Стабилизация окисленности конвертерного металла
Для практики сталеплавильного производства вопросы, связанные с окисленностью кислородно-конвертерного металла, чрезвычайно важны не столько для обеспечения определенного среднего уровня окисленности металла, выплавляемого в данном агрегате, сколько для обеспечения максимально возможной стабильности его окисленности на выпуске, что при фиксированном режиме раскисления обеспечивает получение качественного металла.
Выдержка металла в конвертере. Изменение и абсолютный уровень окисленности металла на выпуске определяются степенью завершенности процесса самораскисления при выдержке в кислородном конвертере к моменту его выпуска. При выдержке металла в сталеплавильном агрегате одновременно протекают два процесса: понижение окисленности в результате взаимодействия растворенных в металле углерода и кислорода и поступления в металл кислорода из шлака. В зависимости от соотношения скоростей этих двух процессов уровень окисленности металла будет увеличиваться или уменьшаться.
Исследования процесса самораскисления при выдержке металла в конвертере, проведенные в промышленных условиях, показали, что происходит снижение активности кислорода в сталеплавильной ванне через 4-6 мин после окончания продувки, в момент слива металла в сталеразливочный ковш (рис.3.62).
Факторы, определяющие окисленность конвертерной ванны

Окисленность металла после продувки и в момент его выпуска из конвертера достаточно надежно связана с содержанием углерода; корреляционные зависимости для обоих случаев имеют вид:
- после продувки аO = 0,00412 + 0,00378/[С]; r = 0,872; μ = 18,75,
- на выпуске аO = 0,00082 + 0,00287/[С]; r = 0,78; μ = 15,10.
В табл. 3.21 приведены средние значения окисленности металла после продувки и в момент выпуска его из конвертера, а также относительное снижение переокисленности ванны.
Данные таблицы свидетельствуют о том, что в процессе выдержки металла в конвертере его окисленность снижается в среднем на 25-40% по отношению к исходному уровню в зависимости от содержания углерода после продувки.
Факторы, определяющие окисленность конвертерной ванны

Косвенным подтверждением протекания процесса самораскисления металла является визуально наблюдаемое явление кипения ванны при повалке конвертера.
Следует отметить, что процесс самораскисления совершается самопроизвольно и практически неуправляем; при остановке продувки на низком содержании углерода скорость его невысока. В практике сталеплавильного производства используются активные приемы воздействия на низкоуглеродистую конвертерную ванну для понижения и стабилизации ее окисленности.
Присадка твердого чушкового чугуна. Предварительное раскисление металла этим материалом, вводимом в конвертерную ванну после окончания продувки, особенно эффективно при повышенной окисленности металла, т.е. при окончании продувки на низком содержании углерода (менее 0,10%). Снижение окисленности ванны составляет в среднем около 0,010%.
Использование углеродсодержащих материалов. С целью стабилизации окисленности металла используются антрацит, кокс, уголь, в том числе при додувках плавок на температуру при низком содержании углерода (0,03-0,05%). Использование этого приема в условиях работы 300-т конвертеров показало достаточно высокую эффективность. Присадки кокса в количестве 1,0 т перед додувкой на плавках с концентрацией углерода 0,04% и менее позволили стабилизировать окисленность металла и шлака, снизить расход ферромарганца на 0,1 кг/т, улучшить качественные показатели металла на первом переделе.