Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




25.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019





Яндекс.Метрика

Контакты | Карта сайта
         » » Окислительный период в кислой дуговой электропечи

Окислительный период в кислой дуговой электропечи

21.03.2019

Главной реакцией окислительного периода является окисление углерода, которое вызывает кипение ванны. Углерод окисляется закисью железа, а также закисью марганца и кремнеземом по реакциям:
Окислительный период в кислой дуговой электропечи

Шлаки периода плавления содержат до 40% окислов железа. Если металл под таким шлаком нагреть до высокой температуры, то ванна закипает и без присадки железной руды. Скорость окисления углерода при этом равна 0,2—0,3% в час, и за 30 мин содержание углерода понижается на 0,10—0,15%, достигая заданного состава.

Если содержание углерода в шихте превышает его концентрацию в готовой стали более чем на 0,1—0,2% или в том случае, когда выплавляется низкоуглеродистая сталь, окисление углерода ведут с помощью железной руды или газообразного кислорода. При использовании железной руды скорость обезуглероживания достигает 0,4—0,6% в час. Железную руду добавляют в ванну небольшими порциями. Обычно в один прием вводят около 0,2% железной руды (от массы металла). Через некоторое время, когда введенная в печь железная руда усвоится, вводят следующую порцию руды.

Если присадить в печь большое количество руды в один прием, то содержание закиси железа в шлаке сильно увеличится, а содержание кремнезема упадет ниже 50%. Такой шлак не насыщен кремнеземом, поэтому он будет растворять кремнезем из футеровки. Это вызовет разъедание откосов печи и увеличение количества шлака.

В начале окислительного периода шлак содержит около 45—50% кремнезема, до 40% закиси железа, 15—25% закиси марганца. Такой шлак отличается высокой жидкоподвижностыо. При повышении температуры ванны окисление углерода протекает с большой скоростью и не сопровождается восстановлением кремния. Кипение металла способствует выравниванию температуры во всем объеме ванны и удалению газов. По ходу кипения часть шлака из. печи сходит через порог рабочего окна в шлаковню. Количество шлака уменьшается. На некоторых заводах шлак из печи по ходу плавки не удаляют.

Наряду с окислением углерода по ходу кислой плавки может происходить окисление или восстановление кремния и марганца. Между металлом и шлаком может происходить следующая обратимая реакция:

Протекание этой реакции справа налево отражает процесс окисления марганца, а слева направо — процесс восстановления марганца. В кислой печи марганец выгорает в большей степени, чем в основной, так как закись марганца, будучи основанием, связывается в силикат кремнеземом шлака. Константу равновесия реакции окисления — восстановления марганца можно выразить следующим образом (опустив в выражении концентрацию железа в ванне, так как она практически не меняется):

В тех случаях, когда шлак окислительного периода кислой плавки обладает высокой жидкоподвижностью, соотношение между концентрациями марганца в металле, закиси железа и закиси марганца в шлаке приближается к равновесным значениям. Если, например, при 1600° С шлак содержит 20% закиси железа и 20% закиси марганца, то в условиях равновесия с этим шлаком содержание марганца в металле можно Определить из уравнения

откуда [Мm] = 0,078%. Если содержание марганца в металле больше этой величины, он будет энергично окисляться. Скорость окисления марганца достигает 0,6% в час. Поэтому при кислой плавке в отличие от основной ферромарганец вводят в конце плавки.

Остаточное содержание марганца в металле тем меньше, чем выше отношение концентраций закиси железа и закиси марганца в шлаке. Повышение температуры металла сдвигает равновесие в сторону восстановления марганца. Например, при температуре металла 1650° С при том же составе шлака равновесия концентрация марганца в металле составит уже 0,095%.

В густом шлаке перенос окислителя — закиси железа — к поверхности раздела металла со шлаком и перенос продуктов окисления — закиси марганца — в обратном направлении происходят медленно. Поэтому при густом шлаке марганец окисляется медленно, и содержание его в металле обычно оказывается выше значений, отвечающих равновесию металла со шлаком.

Закись железа или закись марганца, растворенные в кислом шлаке, окисляют кремний:

Эти реакции могут протекать в обоих направлениях. При низких содержаниях закиси железа и закиси марганца в шлаке и кремния в металле они протекают в сторону восстановления кремния из шлака или из футеровки печи. При высоких содержаниях закиси железа или закиси марганца в шлаке и кремния в металле эти реакции протекают в обратном направлении, т. е. в сторону окисления кремния.

Соотношения между концентрациями кремния в металле и закиси железа в кислом шлаке в состоянии равновесия при разных температурах показаны на рис. 30. Восстановление кремния железом может происходить при сравнительно невысоких концентрациях закиси железа в шлаке. Если, например, при 1600° С шлак содержит 5% закиси железа, то при условии его равновесия с металлом в металлической ванне будет растворено 0,34% Si. При содержании кремния в металле менее 0,34% будет происходить его восстановление железом.

Чтобы протекало окисление кремния, содержание закиси железа в шлаке должно быть высоким. При 20% закиси железа в шлаке содержание кремния в металле может быть понижено при 1600° С до 0,02%. Повышение температуры способствует восстановлению кремния, понижение температуры — окислению кремния.

Равновесные соотношения между концентрациями кремния в металле и закисью железа марганца в шлаке могут быть достигнуты только при условии, что шлак достаточно жидкоподвижен и содержит 50—52% кремнезема. При более высоком содержании кремнезема шлак густеет. Это затрудняет поступление закиси железа или закиси марганца к поверхности раздела металл — шлак, а также удаление с этой поверхности в объем шлака кремнезема. Поэтому окисление кремния под таким шлаком протекает более медленно. Чем гуще шлак, тем с меньшей скоростью окисляется кремний.

При плавке стали в электрической печи с кислой футеровкой кремнезем способен окислять углерод по реакции

Взаимосвязь между равновесными концентрациями кремния и углерода в металле при 1600° C показана на рис. 31. Эта реакция протекает главным образом на поверхности соприкосновения металла с футеровкой, где имеются благоприятные условия для образования и роста пузырей окиси углерода. Восстановление кремнезема углеродом сопровождается более или менее энергичным кипением ванны.

В результате развития рассматриваемой реакции в условиях равновесия металла со шлаком концентрация кремния в металле, содержащем 0,5% С, при 1600° С может достигать 0,48%. Поскольку содержание кремния в металле по ходу плавки стали обычно ниже этой величины, а концентрации углерода, особенно в начале окислительного периода, велики, восстановление кремния углеродом из шлака или из кремнезема футеровки действительно может происходить.

Однако, если шлак обладает высокой жидкоподвижностью и концентрация закиси железа в нем велика, восстановление кремния из шлака не наблюдается. В этом случае окисление углерода по ходу окислительного периода осуществляется за счет закиси железа шлака.

В то же время восстановление кремния может происходить в результате взаимодействия углерода с кремнеземом пода печи. При этом свежевосстановленный кремний может вновь окисляться закисью железа шлака, так как равновесию с достаточно окисленным железистым шлаком отвечают, гораздо меньшие концентрации кремния, чем равновесию с углеродом. Так, например, при 20% закиси железа в шлаке содержание кремния в металле, находящемся в равновесии со шлаком при 1600° С, равно 0,02%. Если в металле оказывается более 0,02% Si (например, вследствие восстановления кремнезема футеровки углеродом), кремний будет окисляться шлаком. Благодаря этому при плавке стали под жидкоподвижным и высокожелезистым шлаком содержание кремния в металле по ходу плавки не увеличивается.

Если шлак загустел, то содержание кремния в металле может возрасти даже при высоком содержании закиси железа в шлаке. В густом кислом шлаке перемешивание происходит с очень малой скоростью. Закись железа и закись марганца в слое шлака, непосредственно примыкающем к металлу, восстанавливаются углеродом металла. Дальнейшее окисление углерода и кремния закисью железа и закисью марганца приостанавливается вследствие низкой жидкоподвижности шлака. Окисление углерода кремнеземом подины и нижнего слоя шлака продолжается, это приводит к повышению содержания кремния в металле. Хотя загустить шлак настолько, чтобы полностью парализовать окислительное действие растворенных в нем закиси железа и закиси марганца практически невозможно, тем не менее, регулируя вязкость шлака, можно добиться восстановления кремния углеродом и за счет этого осуществить раскисление металла. Эту особенность кислой плавки используют при кремневосстановительном процессе.

Из всего сказанного видно, какую серьезную роль в кислой плавке играет вязкость шлака. Поэтому сталевар должен в совершенстве владеть всеми средствами ее регулирования.

Жидкоподвижность кислого шлака зависит главным образом от содержания в нем кремнезема и окиси кальция. Увеличение содержания окиси кальция и уменьшение содержания кремнезема понижают вязкость шлака. Жидкоподвижность шлака при плавке стали в кислых электрических печах регулируют с помощью добавок известняка и песка. Известняк применяют для увеличения жидкоподвижности шлака, а песок — для уменьшения ее. Присадка известняка или извести в кислый шлак облегчает сталевару ведение плавки.

При повышении содержания кремнезема в шлаке до 50% температура плавления шлака приближается к 1400° С. Такой шлак вязок и мало активен. Добавка 8—10% окиси кальция резко снижает температуру плавления шлака. Так, шлак, состоящий из 50% кремнезема, 10% окиси кальция и 40% закиси железа и закиси марганца, имеет температуру плавления около 1300°С и, следовательно, при температуре сталеварения является достаточно жидкотекучим и активным.

Присадка извести оказывает и другое влияние: она повышает окислительную способность шлака. При добавке сильного основания — окиси кальция — освобождается закись железа, которая становится активной, т. е. способной окислять углерод.

Оптимальное содержание окиси кальция в кислых шлаках составляет 6—8%. Злоупотребление присадками известняка или извести может привести к разъеданию откосов шлаком.

По ходу окислительного периода содержание закиси железа в шлаке падает, а вязкость шлака увеличивается. Это происходит вследствие повышения концентрации кремнезема в шлаке. Содержание кремнезема в шлаке возрастает благодаря взаимодействию шлака с углеродом металла, а также растворению в шлаке кремнезема из футеровки. Загущение шлака способствует восстановлению кремния и замедляет скорость окисления углерода. В конце окислительного периода содержание кремнезема в шлаке достигает 56—60%. Под такими шлаками содержание кремния в металле повышается до 0,15— 0,20%. При очень горячем ходе печи и повышенной вязкости шлака кремний восстанавливается особенно интенсивно и его содержание в металле может повыситься до 0,5%, т. е. превысить пределы, допускаемые техническими условиями. Эта опасность особенно велика при выплавке углеродистых сталей.

Длительность окислительного периода при плавке легированной стали составляет 30—50 мин, а при плавке углеродистой стали 20—30 мин. В окислительный период плавки корректируют состав стали по содержанию в ней меди и никеля. Интенсивное кипение металла в течение указанного времени способствует перемешиванию ванны и удалению из металла силикатных неметаллических включений и газов. К концу окислительного периода плавки шлак отличается темно-коричневым или черным цветом в изломе и состоит из 50—55% кремнезема, 30—24% закиси железа, 10—15% закиси марганца, 7—8% окиси кальция и 2—3% глинозема. Отсутствие свободной извести в кислом шлаке и высокое содержание кремнезема делает невозможным удаление фосфора и серы из металла. Температура металла в конце окислительного периода достигает 1600—1620° С.