CC BY
27
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕ СКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1999г Вып. №8
УДК 669.046:53.082.534
Пославская Т.П.1, Полозюк О.ЕЛ Калистый И.А;!
ПРОЦЕССЫ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ СТ АЛИ В КОВШЕ ОКСИДНО-ФТО РИДНЫМИ ШЛАКА МИ
Представлена основанная на концепции оптической основности методика расчета равновесного распределения серы между металлом и шлаком, пригодная для оксидно-фторидных шлаков. Проведено сравнение опубликованных в литературе и расчетных коэффициентов распределения серы между металлом и шлаком, показана применимость методики для расчета ковшевых процессов.
Для удаления серы из сталей, выплавляемых в кислородных конвертерах, в настоящее время широко применяется обработка синтетическим шлаком или шлаком, образующимся из твердой шлакообразующей смеси (ТШС).
Значительное варьирование концентраций 8Ю2. АГО, и особенно СаГ2 в ковшевых шлаках затрудняет применение общеизвестных методик [ 1 -4] расчета распределения серы между металлом и шлаком.
Вероятно, наиболее универсальной является методика расчета сульфидной емкости, основанная на представлении об оптической основновности шлака. Для многокомпонентной шлаковой системы [5, 61
1ё С8= ( 22690 - 54640 * А)/ Т + 43.6*Л - 25.2, (1)
где
Л •• £ X,* Л, , (2)
и XI - эквивалентная катионная доля \ - го компонента; Л - оптическая основность шлака, Л, -оптическая основность \ - го компонента.
Для химических соединений, являющихся компонентами доменных и сталеплавильных шлаков, известны следующие значения Л! | 5,6] (для СаР2 [7 )): СаО МяО А1203 8)02 МпО РсО СаР2 1.0 0.78 0.605 0.40 0.98 1.0 0.76 Согласно [51
Ьб = 1ё (8)/а,5) = -770,ПГ + 1.15 + !ё Ся - 1ё а[о;. (3)
Для шлаков, содержащих СаР2, при расчете эквивапеыттшх ионных долей катионов следует учитывать и наличие Р [7, 8]. поэтому
V ^__'"г.. ' ^__
где XI - эквивалентная катионная доля ¿-го компонента; № - число молей I - го компонент;! в 100 г шлака: Ъ\ - заряд катиона: пс,( - число катионов в молекуле; пО;, пР, - число атомов кислорода и фтора в молекуле
Как показал теоретический анализ кинетики массооб.мена при десульфурации стали в ковше эмульгированным шлаком [91, наиболее медленным этапом массообмена является диффузия серы в шлаковой кап ле, но за время выпуска стали из печи (или конвертера) систем металл-шлак приходит в равновесие, и результаты десульфурации определяются в основном окисленностью металла.
В то же время при наличии в ковшевом шлаке заметных количеств ГеО и МпО достигаемые коэффициенты распределения серы обычно заметно ниже равновесных значений,
1 ЛГТУ, аспирант
' ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
3 ПГТУ, аспирант
соответствующих стали, полностью раскисленной алюминием (см., например, [10]). В этом случае значения коэффициента распределения серы между мотал лом и шлаком определяется окисленностью металла вблизи границы раздела метал л-шлак ¡11]:
(РеО)- [Ре]+[0] (5)
ig крю =]ё-
а,
[о]
а.
{ПО)
6320 Т~
+ 2,734
(6)
о
20
80
поэтому коэффициент распределения серы Ls по уравнению (3) должен рассчитываться по равновесной со шлаком активности кислорода в металле. Для расчета aFeo и afoj удобно применять теорию шлака как системы с коллективизированными э лектронами [10].
Анализ опубликованных результатов по десульфурации стали в ковше, полненных в условиях, близких к равновесию «металл-шлак» [12-16] показал, что рассчитанные с использованием уравнений (1)-(6) и экспериментальные значения коэффициента распределения
серы хорошо сочетаются друг с другом (см. рис).
Соответствие экспериментальных и расчетных результатов свидетельствует о работоспособности предложенной методики анализа равновесного распределения серы между металлом и шлаком, в т.ч. для оксидно-фторидных шлаков. Результаты расчета хороню согласуются и с; данными [17| для высоко основных шлаков, содержащих 0,2-0,7 %FeO и 11-15 %CaF2, для которых, достигаются значения Ls~2000, а окисленность металла на границе раздела близка к равновесной с растворенным алюминием при <icaÍ203)~ 1 - Результаты расчета влияния содержания FeO в шлаке на значения 1л; также хорошо сочетаются с известными из литературы как для оксидных, так и для оксидно-фторидных шлаков.
Достоинством предлагаемой
методики, учитывающей оптическую ochobhoctí) Сз.Р2, является очень широкий круг составов шлаков, для которых возможен расчет Ls (например, для условии начала формирования ковшевого шлака из ТШ(., когда частицы извести растворяются в расплаве CaF2)
Следует отметить, что при обработке ТШС или: синтетическим шлаком в ковше состав конечного шлака заметно искажается вследствие попадания печного шлака и не соответствунгг реально достигнутым результатам десульфурации. Например, в условиях экспериментов [13] печной шлак не оказывал заметного отрицательного влияния на степень десульфурации стали. Для этого источника значения Ls, представленные на рисунке и укладывающиеся на прямую Ls (эксперимент) =Ls (расчет), относятся к шлаку, образовавшемуся в ковше из ТШС перед сливом туда части печного шлака. Поэтому коэффициенты распределения серы при обработке стали шлаком на выпуске следует рассчитывать, исходя из состава шлака, образующегося из исходной ТШС (или синтетического шлака), продуктов раскисления и продуктов износа футеровки без учета проникновения в ковш печного шлака по окончании выпуска.
40 60
Ls (эксперимент)
Рж. - Сопоставление эксгеримвнгальньк и расчетных данных по распределению серы между металлом и шлаком Источники:
[12] [15]
а [13] х [16]
Д [14] ---LíQKKiFCsPacqer
Выводы
Для оксидно-фторидных шлаков уточнена методика расчета равновесного коэффициента распределения серы между металлом и шлаком, учитывающая найденное ранее значение оптической основности для СаР2. Показана применимость методики для широкого круга шлаков внепечной обработки, содержащих до 15-20 % СаР2
Перечень ссылок
1. Охотский В.Б., Брагинец Ю.Ф. Процесс десульфурации стали в ковше.// Изв. вузов. Чери, металлургия. 1989. -№3. - С.28-31.
2. Есин O.A., Гелъд ИВ. Физическая химия пирометаллургических процессов. - М: Металлургия, 1966. - 703 с.
3. Куклев А. В. Определение сульфидной емкости многокомпонентных шлаков на основе СаО-AI203 и совершенствование технологии внепечной десульфурации стали: Автореф. дис. канд. техн. наук,- М.: 1987. - 23 с.
4. Чуйко U.M., Чуйко А.Н. Теория и технология электроплавки стали. - Киев-Донецк: Высшая школа, 1983. - 248 с.
5. Саммервилъ ИД. Измерение, прогноз и применение емкостей металлургических шлаков // Инжекционная металлургия' 86: Труды конференции - М : Металлургия, 1990 . - С. 107-1:20
6. Use of Optical Basicity Concept for Determination Phosphorus and Sul ur Slag-metal Partitions / R W. Young. J.A.Duffy, CJ.HasalZ.Xu //Ironmaking & Steelmaking. -1992. - vol. 19 - № 3 - P.201-219.
7. Прогноз сульфидной емкости шлаков, содержащих CaF>/ Чичкарее Е.А., Троцан А.И., Пославскаяи Т.П. и др.// Тезисы докладов научно-технической конференция молодых специалистов "Азовсталь-99": Тез. докл. - Мариуполь, 1999. - С 67.
8. Магидсон ПА. Расчет оптической основности CaF2 в шлаках//Изв. вузов. Черн, металлургия
- 1990. -№5.-С.4-5.
9. Охотский В.Б. Модель эмульгирования шлака в металл падающей струей// Процессы литья
- 1999. - №2 -С.3-10
10. Эффективность десульфурирующей обработки металла в ковше барийсо держащими реагентами / Кириленко В П., Югов П.П., Журавлев В М. и др. // Изв.вузов. Черн, металлургия. - 1992. - № 5. - С.22-25
11. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов. / Григорян В. А., Стомахин А.Я., Пономаренко А.Г. и др. - М.: Металлургия. 1989 - 288 с.
12.Холаппа Л., Техтинен К. Производство высококачественной стали с вдуванием в ковш порошков и последующей непрерывной разливкой. И Инжекционная металлургия'77:Труды конференции Scaniject. -М.: Металлургия, 1977. - С 160-171.
ГЗ.Обссссриванис жидкой стали в ковшах большой емкости ! Кулик А.Д., Литвиненко П.П. Сургучев А.Н и др. // Металлургическая гг горнорудная прэмытленность. - 1974. - № 1 -С.11-14.
14 Использование раскисленных конвертерных шлаков для рафинирования в ковше /
Шиш Ю.И., Брагинец К). Ф., Жир A.B. и др. // Бюллетень НТИ. Черная металлургия. - 1980. № 3 (863).-С.25.
15.Рафинирование канатной стали в ковше шлакообразующей смесью с продувкой аргоном /7
Сталь. - 1967. - № 3. - С.225-226. 16 ..Кулик В.М.. Лившиц Л.М., Вербицкий К П. Повышение качества подшипниковой стали
путем внепечной обработки.// Сталь - 1992. - № 9. - С.33-35. 17.Производство ультранизкосернистой стали с использованием инжекциовиой технологии / Хара П., Китаока Т., Сакурая Т. и др. // Инжекционная металлургия' 86: Труды конференции - М.: Металлургия. 1990 - С. 191-205.
По( лавскаи Таисия Петровна. Аспирант кафедры теории металлургических процессов, окончила Мариупольский металлургический институт в 1992 г. Основные направления научных исследований - совершенствование технологии внепечной обработки стали, изучение закономерностей процессов раскисления стали и ее рафинирования шлаковыми смесями. Полозюк Олег Евгеньевич. Канд. техн. наук, доцент кафедры информатики. Окончил Мариупольский металлургический институт в 1989 г. Основ вые направления научных исследований - совершенствование технологии внепечной обработки и непрерывной разливки стали, математическое моделирование процессов тепло- и массообмена в ковше.
Калистый Игорь Анатольевич. Аспирант кафедры металлургии стали, окончил Приазовский государственный техническтй университет в 1996 г. Основные направления научных исследований - совершенствование технологии десульфурации чугуна и стали, поточное рафинирование стали высокоактивными реагентами на основе щелочноземельных металлов
