CC BY
22
УДК 669.182
III УДАЛЕНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ВКЛЮЧЕНИЙ ПРИ ВНЕПЕЧНОМ ' РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛИ СИНТЕТИЧЕСКИЕ ШЛАКОМ
Е.Б. Сулеймен
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
II! Твменг1 KeMipmexmi ommeicmi конвертер болатын кремнезем!
жогарылау iзбес-глиноземд1 кржбен июмпите вцдеу кезтде, ею фазаныц 6ip-6ipiMen араласып, металл фазаныц металл емес tcipiudijiepi цож ЩЩ тамшыларымен крсыпьт, содан кейт ек1 фазаныц белшу! арфты болаттыц мет алл емес Kipiudijepden тазаруы царалган.
Рассмотрено удаление неметаллических включений при обработке низкоуглеродистый кислородно-конвертерной стали в ковше известково-глиноземистым шлаком с повышенным содержанием кремнезема путем эмульгирование шлака в меташе, ассимиляции неметаллических включений стали с капельками шлака и последующим разделением обеих реагирующих фаз.
The article consideres removal unmetal insertions by treatment of lowcarbon oxyden-converter stell in ladle by lime-aluminia slag with high content of silicia. Removal of unmetal insertions makes by emulsification of slag in metal, assimilation of unmetal insertion with dropes of slag and next division of react phase.
Ранее отмечалось о достаточно высокой эффективности применения известно во-глиноземистого шлака с повышенным содержанием кремнезема для рафинирования кислород но-конвертерных низкоуглеродистых сталей [1]. Металл, обработанный шлаком, отличался низким содержанием неметаллических включений, кислорода, серы и др.
Сущность метода заключается в том, что из сталеплавильного агрегата сталь выпускают в ковш с синтетическим шлаком. При этом происходит интенсивное перемешивание обеих фаз, в начале эмульгирование шлака в металле, а затем разделение фаз. На эти процессы влияние
№2, 2004 г. 11 ]
оказывают: масса металла и шлака, высота и скорость слива металла, вязкость стали и шлака, межфазное натяжение шлака на границе с металлом и др. [2].
При одинаковой емкости сталеплавильного агрегата и расхода шлака, высоты падения и диаметра струи стали процессы перемешивания фаз и их последующее разделение в основном определяются вязкостью и межфазным натяжением металл-шлак.
Определенное значение имеет температура плавления, выше которой шлак обладает технологически приемлемой вязкостью. Однако процесс эмульгирования шлака в металл в большей степени зависит от вязкости, чем от температуры его плавления. Было установлено, что вязкость шлака при реальных температурах перемешивания металла и шлака в ковше составляет около 2,5 пз, что примерно на 0,5 пз больше, чем у известково-глиноземистого шлака, т.е. шлак обладает достаточно низкой вязкостью.
Эмульгирование шлака в металле и последующее их разделение зависит от соотношения сил сцепления внутри шлака, определяемых работой когезии:
и сил сцепления между жидким металлом и шлаком, определяемых работой адгезии:
= <тш + о\н -
где ом - поверхностное натяжение металла; ош - поверхностное натяжение шлака; ам-ш ~ межфазное натяжение между металлом и шлаком.
С увеличением коэффициента растекания эмульгирующая способность шлака в металл возрастает:
Для удаления имеющихся в стали неметаллических включений важное значение имеет процесс соединения их с эмульгированными каплями шлака. Соединение шлаковой капли и включения происходит с уменьшением межфазной поверхностью на границах шлак-металл и включение-металл и образованием межфазной поверхности шлак-включение. При этом процессе изменяется свободная энергия системы:
}р,т
Для самопроизвольного протекания процесса ассимиляции неметаллических включений эмульгированной шлаковой каплей необходимо, чтобы
¿р .
_-{0 или сгш_в{стм_ш + <тм_в
ау
где ош в - межфазное натяжение на границе шлак-включение; °м-ш ~ межфазное натяжение на границе металл-шлак; ом в - межфазное натяжение на границе металл-включение.
Термодинамическая вероятность процесса ассимиляции включения каплей шлака возрастает при увеличении межфазного натяжения на границе раздела металл-шлак и металл-включение. Процесс слияния неметаллических включений с каплями шлака будет определятся не только термодинамическими, но и кинетическими факторами. Для лучшего очищения металла от включений следует обеспечить получение в стали жидких включений с низким значением межфазного натяжения на границе металл-включение.
При обработке металла синтетическим шлаком межфазное натяжение меняется в процессе рафинирования, вследствие перехода примесей из металла в шлак. В начальный момент рафинирования создаются условия, благоприятные его эмульгированию и, напротив, после окончания рафинирования довольно существенное повышение межфазного натяжения способствует отделению шлаковой фазы от металлической, тем самым очищая сталь от неметаллических включений.
Сказание подтверждается данными, проведенных плавок. Так, содержание неметаллических включений, выделенных электролизом, в малоуглеродистой стали составляет всего 0,0041%.
Таким образом, при выпуске плавки с большой высоты мощной струей в ковше известково-глиноземистым шлаком с повышенным содержанием кремнезема, обладающим низкой вязкостью, происходит эмульгирование шлака в металле, а может быть и эмульгирование металла в шлаке, вследствие чего удельная контактная поверхность между двумя фазами чрезвычайно возрастает.
Ввиду благоприятных термодинамических и кинетических факторов происходит слияние неметаллических включений стали с капельками эмульгированного шлака, а затем и разделение обеих реагирующих фаз. В результате металл содержит низкие содержания неметаллических включений, кислорода (0,003-0,005%) и серы (0,005-0,010). Кроме того, металл характеризуется малыми размерами оксидных, сульфидных и глобулярных включений.
№2, 2004 г.
113
ЛИТЕРАТУРА
1. Сулеймен Е.Б. Внепечная обработка стали. // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы горно-металлургического комплекса Казахстана»,- Караганда: КарГТУ. 2003.
2. Воинов С.Г., Шалимов А.Г., Косой Л.Ф., Калинников Е.С. Рафинирование стали синтетическими шлаками. - М.: Металлургия, 1970.
