Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
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).
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
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
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].
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.
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).
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.
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.