CC BY
17
It is established experimentally that increase of intensity\ of metal blowout in arc steel furnace is accelerating the dissolving of lime in slag. The operative regime of blowout in the arc furnace BMZ practically does not exert considerable influence on sulfur content in metal. It is shown that fettling wear in a complicated way depends on intensity of metal blowout what is connected with its
\^depend(
}ence on FeO and Si02 content.
В. Ф. СОБОЛЕВ, БИТУ, Н. В. АНДРИАНОВ, С. В. ТЕРЛЕЦКИИ, М. А. МУРИКОВ, РУП«БМЗ», А. А. ЧИЧКО, БИТУ
УДК 519.669.27
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ДОННОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ НА ПРОЦЕССЫ РАСТВОРЕНИЯ ИЗВЕСТИ, ДЕФОСФОРАЦИЮ И ДЕСУЛЬФУРАЦИЮ МЕТАЛЛА В ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
Технология выплавки стали в дуговых электропечах прошла длительный исторический путь развития. По сравнению с первыми электропечами показатели современных мощных сталеплавильных печей многократно выросли. Это стало возможно благодаря непрерывному совершенствованию и оптимизации процесса плавки. Одним из путей повышения производительности современных дуговых сталеплавильных печей является применение систем донной продувки ванны инертными газами, такими, как азот, аргон. После введения в эксплуатацию на Белорусском металлургическом заводе установки донной продувки возникла необходимость оценки влияния донного перемешивания металла на ряд сталеплавильных процессов, определяющих в конечном счете экономическую целесообразность применения любого способа совершенствования имеющихся технологий.
Целью данной работы являлось исследование влияния продувки металла на растворение извести, эрозию футеровки печи, а также его дефос-форацию и десульфурацию.
Для реализации цели выполнения работы анализировали данные опытных и сравнительных плавок. Плавки проводили на дуговых печах РУП «БМЗ». Плавка 24418 без донной продувки, плавки 14084 и 14085 с донной продувкой и режимом, предложенным фирмой-изготовителем, на плавке 14332 устанавливался первый опытный режим (с увеличением интенсивности продувки по отношению к фирменному), на плавке 14333 — второй опытный режим (с увеличением интенсивности продувки по отношению к первому опытному).
Растворение извести
В ходе работы был проведен химический анализ шлака опытных плавок. Его результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1. Химический состав шлака
Номер плавки Марка стали Номер пробы Содержание химических компонентов vj/ лака, % В* А**
АЬОз Si02 СаО MgO FeO MnO Сг2Оз S Р205
24418 C20D* 11 4,13 18,72 49,19 4,51 16,43 5,54 0,752 0,125 0,602 2,6 0,72
12 3,68 19,07 50,93 5,08 14,62 5,09 0,661 0,148 0,580 2,7 0,64
14084 1060** И 4,53 17,80 55,16 3,31 15,20 2,93 0,626 0,291 0,503 3,1 0,68
12 4,52 16,50 55,54 2,93 16,82 3,30 0,700 0,000 0,486 3,4 0,80
14085 1060** 11 3,20 16,39 53,81 2,50 18,03 3,63 0,797 0,127 0,558 3,3 0,92
15 3,18 16,10 56,03 3,52 16,72 3,07 0,445 0,129 0,588 3,5 0,87
14332 C10D* 12 3,41 15,41 46,89 3,91 21,52 4,72 1,093 0,115 0,621 3,0 1,14
14333 C10D* 11 2,99 12,35 47,17 3,91 22,61 4,13 0,974 0,135 0,573 3,8 1,47
12 2,91 12,03 46,51 4,12 22,88 4,24 0,982 0,137 0,554 3,9 1,53
13 2,93 13,94 46,66 4,37 22,37 4,28 0,915 0,117 0,577 3,3 1,33
* Основность шлака (Ca0)/(Si02). ** Отношение (Fe0)/(Si02+Al203).
/; ггттгп гг ктг<г<гггг-г?
-- 1 (37).
2006 /117
Известно, что формирование шлака происходит в результате окисления компонентов шихты, взаимодействия с футеровкой и присадки извести [1]. Поскольку РеО повышает пропитываемость извести шлаком, снижает температуру плавления и вязкость шлака, то от его содержания зависит и скорость растворения извести. При увеличении отношения А от 0,11 до 0,25 скорость растворения извести повышается в 2 раза. Дальнейшее увеличение этого отношения до 1,6 сопровождается небольшим увеличением скорости растворения извести.
Из приведенных данных видно, что на плавках с донной продувкой величина отношения А больше, чем без продувки и растет с увеличением интенсивности продувки не только за счет увеличения РеО, но и уменьшения 8Ю2.
При перемешивании также повышается скорость обтекания шлаком кусков извести, увеличивается коэффициент массопереноса ионов кальция в диффузионном слое, уменьшается толщина диффузионного слоя. В работе была определена скорость массопереноса оксида кальция через диффузионный слой. Как известно, ее можно определить по выражению [1]:
ке и извести, %; - соответственно
плотность насыщенного расплава, шлака и извести, кг/м3.
Принимая ¿/нас = = 3030 кг/м3; ¿изв=1550 Рсао=1>3.10-5 м/с; (СаО)нас =10% [1], а
также (СаО)изв = 92 % по результатам входного контроля и используя значение конечного содержания СаО в шлаке из табл. 1, получаем следующие значения скорости массопереноса извести:
Номер плавки У(СаО) ' м/с
14084 1,02 • 10"ь
14085 1,08- 10"'
14332 1,30 •
14333 1,31 • 10"'
24418 1,23 • 10"ь
ЧСаО)
_ _Рса0((Са°),тс4,ас
- (СаО)у ^ )
- (СаО)^
Диаграмма зависимости скорости растворения извести от интенсивности донной продувки ванны инертным газом приведена на рис. 1. Из рисунка видно, что скорость растворения извести сначала заметно возрастает при повышении скорости перемешивания. Затем эта зависимость становится менее заметной и при достижении определенной критической скорости УСа0 не изменяется. Дальнейшее увеличение скорости растворения извести определяется повышением скорости плавления. С увеличением размеров кусков извести критическая скорость перемешивания также возрастает [1].
0,000013
одюоош
((СаО)изв ■
гДе Рсао ~~ коэффициент массопереноса, м/с;
(СаО)нас,(СаО)у|/ ,(СаО)изв - содержание оксида кальция соответственно в насыщенном расплаве, шлам/с 0,000014
0,000013 0,000012 0,000011 0,000010 0,000009 0,000008
Плавка 14084 Плавка 14085 Плавка 14332 Плавка 14333
Рис. 1. Скорость растворения извести при различной интенсивности донной продувки
Эрозия футеровки печи
Присутствие оксида магния в шлаке объясняется эрозией периклазоуглеродистой футеровки печи. Повышение М%0 в шлаке до 6% несколько снижает вязкость шлака и увеличивает скорость растворения извести, при содержании более 6% вязкость шлака и растворимость извести снижаются. На плавках без использования донной продувки содержание оксида магния в шлаке выше, чем на плавках с существующим режимом, что объясняется более низким содержанием оксида кремния в шлаке, который действует разрушающе
на основную футеровку. Однако увеличение интенсивности продувки (опытные плавки с 1-м и 2-м опытными режимами) приводит к увеличению М§0 в шлаке, что обусловлено повышением содержания РеО, который увеличивает коэффициент пропитки шлаком футеровки печи.
Дефосфорация
Раннее образование гомогенного высокоосновного шлака способствует процессу дефосфора-ции стали, так как он проходит в период плавления шихты, когда температура жидкого металла
Ш/л ггттт г: гсщ-штгта
I 1 (ЗЛ. 2006 -
относительно небольшая [2]. Из табл. 2 видно, что содержание фосфора в металле на плавке 24418 без донной продувки выше, чем на плавках с продувкой, и составило 0,0128 %.
Показателем процесса дефосфорации является коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком, который можно выразить отношением (Р)/[Р]. Данные опытных плавок приведены в табл. 2.
Из таблицы видно, что коэффициент распределения фосфора выше на плавках с донной
продувкой как после расплавления металлоших-ты, так и перед выпуском плавки из печи, но зависимости от интенсивности продувки не наблюдается, возможно, из-за малого количества опытных плавок. Статистические данные показывают, что начальные (после расплавления метал-лошихты) и конечные (перед выпуском) содержания фосфора также ниже на плавках с донной продувкой и составили соответственно с продувкой 0,0045 и 0,0041%, без продувки - 0,0052 и 0,0048%.
Таблица 2. Степень дефосфорации на опытных и сравнительных плавках
Номер плавки (РУ \Р]
после расплавления металлов ихты перед выпуском плавки из печи
24418 20,5 33,2
14084 56,3 81,6
14085 38,1 45,3
14333 64,1 90,0
Десульфурация
Как и для процесса десульфурации, наличие гомогенного высокоосновного шлака уже в начальный период плавки способствует и десульфурации стали. Однако на удаление серы перемешивание не влияет столь существенным образом как для удаления фосфора, так как современная технология производства стали в ЭСПЦ не предусматривает
десульфурацию в печи и по статистическим данным ее степень составляет 20 %. Дальнейшее увеличение ее ведет к ухудшению технико-экономических показателей плавки. Согласно статистическим данным, содержание серы на плавках без продувки и с продувкой находится на одном уровне. На опытных плавках содержание серы после расплавления металлошихты приведено на рис. 2.
0,045
И, %
Плавка 24418 Плавка 14084 Плавка 14085 Плавка 14332 Плавка 14333 Рис. 2. Содержание серы в металле после расплавления шихты
Из рисунка видно, что содержание серы на плавке без продувки выше, чем с продувкой. Содержание серы начинает возрастать с увеличением интенсивности продувки и этому способствует повышение содержания закиси железа в шлаке с увеличением интенсивности продувки. Следует отметить, что при рассмотрении процесса продувки большое значение имеет начальное содержание серы. Причем, чем выше начальное содержание серы, тем больше степень десульфурации.
Выводы
1. Установлено, что увеличение интенсивности продувки металла в дуговой сталеплавильной печи ускоряет растворение извести в шлаке.
2. Действующий режим продувки в дуговой печи РУП «БМЗ» практически не оказывает существенного влияния на содержание серы в металле.
3. Показано, что износ футеровки сложным образом зависит от интенсивности продувки металла, что связано с его зависимостью от содержания РеО и 8Ю2.
Литература
1. Сидоренко М.Ф. Теория и технология электроплавки стали. М.: Металлургия. 1985.
2. Гуляев М.П. Разработка ресурсосберегающей технологии выплавки стали в сверхмощных дуговых печах с использованием донной продувки инертными газами: Дис. ... канд. техн. наук. Мн., 2001.
