yandex.metrica
Электрометаллургия

Окислительный период плавки

Задачи окислительного периода плавки в дуговой сталеплавильной печи следующие: нагрев металла до необходимой температуры; окис­ление избыточного количества углерода, марганца, кремния; оконча­тельная дефосфорация и частичная дегазация металла.

Длительность нагрева металла обычно определяет и общую дли­тельность окислительного периода, особенно в печах с небольшой удельной мощностью трансформатора. Температура, до которой на­гревают металл в окислительный период, зависит от большого количе­ства факторов: вместимости печи, марки выплавляемой стали, приме­няемой технологии плавки, используемой схемы внепечной обработки жидкой стали, способа разливки металла и т.д. Обычно перегрев металла над температурой ликвидуса (начало кристаллизации) составляет 100… 150 °С.

В старых маломощных печах скорость нагрева ванны обычно не превышала 2…3 °С/мин и длительность окислительного периода коле­балась в пределах 40…60 мин. В таких печах нагрев ванны сильно за­медлялся при наличии на подине печи крупных нерасплавившихся во время плавления кусков шихты. В сверхмощной дуговой печи при эк­ранировании дуг пенистым шлаком скорость нагрева металла превы­шает 10 °С/мин, поэтому длительность окислительного периода может быть очень малой (10 мин и меньше).

Для окисления избыточного количества примесей (прежде всего углерода) в старых маломощных печах применяли твердые окислители и газообразный кислород, вдуваемый в расплав с небольшой интен­сивностью (не более 0,3 м3/(т-мин)). Углерод при этом окислялся медленно (в среднем со скоростью около 0,4 %/ч) из-за низкой темпе­ратуры металла в первой половине периода, вызванной малой мощно­стью трансформатора и дополнительными затратами тепла на нагрев и плавление твердых окислителей. Но при этом быстро и легко окисля­лись марганец и кремний, а также оставшийся в металле к концу плав­ления фосфор.

Дефосфорация металла в окислительный период плавки имеет важное значение для маломощных печей, в которых удаление фосфора из металла во время плавления шихты протекает медленно, а количе­ство удаленного в это время фосфора невелико, из-за позднего наведе­ния и сравнительно низкой окисленности дефосфорирующего шлака. Для успешной дефосфорации металла в окислительный период плавки при соблюдении условий, описанных выше, большое значение имеет периодическое обновление шлака (скачивание с последующей добав­кой твердых окислителей и извести), что неизбежно приводит к увели­чению длительности окислительного периода.

Удаление газов из металла в окислительный период плавки проис­ходит за счет экстрагирования их всплывающими из металла в шлак, а затем и в атмосферу печи пузырьками СО. Считается, что это экстра­гирование является следствием стремления к равновесному распреде­лению азота и водорода между металлом и пузырьками СО, в которых при их возникновении парциальное давление как азота, так и водорода равно нулю. В таком случае количество удаляемых из металла газов определяется количеством выделяющихся из металла в единицу времени пузырьков СО, а увеличение скорости окисления углерода (т.е. интенсивности выделения пузырьков СО из ванны) должно при­водить к возрастанию скорости удаления из металла азота и водорода в окислительный период плавки.

В работах многих исследователей была установлена связь между уменьшением концентрации газов в стали (количеством удаленных газов) и количеством окисленного углерода, а также скоростью его окисления. В связи с этим в технологических инструкциях отечествен­ных заводов длительное время существовали пункты, оговаривавшие количество углерода, которое необходимо окислить за время окислительного периода, и продолжительность окислительного периода (т. е. среднюю скорость окисления углерода). Обычно рекомендовалось окислять 0,2…0,4 % углерода (меньшая цифра для печей большой вме­стимости) со средней скоростью не менее 0,4 % /час. На практике при скорости окисления углерода менее 0,4 % /час не происходило сниже­ния содержания газов в металле, а иногда наблюдалось и повышение содержания газов (особенно водорода) в металле в окислительный пе­риод плавки.

Следует помнить, что в течение всего времени пребывания метал­лического расплава в печи существует поток газов, направленный из атмосферы рабочего пространства и шлака в металл. Меняя количест­во и свойства шлака, а также величину удельной поверхности контакта шлак — металл, можно уменьшить величину этого потока и соответствен­но скорость поступления газов в металл, но довести эту скорость до ну­ля невозможно. Поэтому эффективность дегазации металла во время окислительного периода плавки определяется разностью скоростей уда­ления газов из металла и поступления газов в металл из атмосферы и шлака. Использование шихтовых материалов с повышенным содержа­нием влаги (ржавого мелкого лома, непрокаленных шлакообразующих и легирующих компонентов, несвежеобожженной извести) может привес­ти к увеличению содержания водорода в металле в конце плавления, в конце окислительного периода плавки и в готовой стали. Следует под­черкнуть, что после окончания окислительного периода плавки до момен­та кристаллизации слитка содержание газов в металле будет возрастать, понизить его можно только путем внепечной обработки (главным обра­зом вакуумированием). Поэтому необходимо стремиться удалить из ме­талла в окислительный период плавки как можно больше газов.