Технологія отримання озалізненого вапна

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА

1.1 Шлакоутворення конверторної плавки

1.2 Механізм та закономірності шлакоутворення і розчинення вапна

1.3 Технологія наведення шлаку

1.4 Шляхи поліпшення шлакоутворення

1.5 Аналіз літературних і патентних даних існуючих технологій поліпшення шлакового режиму конвертерної плавки

Висновки і постановка задач

2. ОСНОВНА ЧАСТИНА

2.1 Технологія отримання озалізненого вапна

2.1.2 Досвід отримання озалізненого вапна на різних підприємствах

2.2 Результати застосування озалізненого вапна на різних металургійних підприємствах

2.3 Розробка технології виплавки сталі з використанням озалізненого вапна

ВИСНОВКИ

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК



ВСТУП

Чорна металургія - найбільша ключова галузь економіки України. Її важливість обумовлена тим, що підприємства машинобудування та металообробної промисловості залежать від виробництва металургійної галузі, а також, що метал є важливою статтею експорту і основним джерелом будівельних матеріалів.

Чорна металургія є дуже трудомісткою і технологічно складною. Особливості видобутку сировини для виробництва визначені географією розміщення металургійних баз. В Україні центрами металургії є Кривий Ріг, Донбас, Запоріжжя, Дніпропетровськ і Нікополь.

Якщо Україну порівнювати з економічно розвиненими країнами світу, то металургійна промисловість характеризується технологічним відставанням. Виробничі фонди вже зношені більш ніж на 55 %, половина металопродукції виготовляється на обладнанні у якого термін використання вище нормативного.

На сьогоднішній день чорна металургія України характеризується також надлишком виробничих потужностей, внаслідок чого значна частина цих потужностей не використовується. Так експлуатується тільки 30 з 48 наявних доменних печей, 14 з 19 кисневих конвертерів, 41 з 54 наявних мартенівських печей.

В останні роки підвищилися витрати енергоресурсів на виробництво металопродукції. Рівень енергетичних витрат на виробництво кінцевої продукції на підприємствах чорної металургії майже в 2 рази перевищує світовий показник.

Так енерговитрати на виробництво 1 тонни сталі на українських металургійних підприємствах в 2,2 рази вище ніж у Російській Федерації та в 4,8 рази вище в порівнянні з Польщею, в 9 разів більше ніж у Туреччині і в 11-12 разів більше ніж у Сполучених Штатах. Енергоспоживання в розрахунку на одиницю ВВП в США становить 0,2-0,5 кВт•годин на один долар ВВП, а в Україні 1,8-2,0 тобто в 4,9 разів вище.

Обумовлено такий стан справ дуже низьким технологічним рівнем металургії України, тобто використанням застарілих технологій та агрегатів. Відомо, що перехід від мартенівського способу виробництва сталі до киснево-конвертерного дозволяє економити значну кількість енергоресурсів і різко знизити навантаження на навколишнє середовище. Саме тому розвинені країни відмовилися від мартенів більше 30 років тому. І тільки Україна, Росія та Індія продовжують експлуатувати цю енерговитратну технологію, причому Україні належить перше місце по цьому негативному показнику.

Таблиця 1 - Співвідношення методів виробництва сталі в країнах-лідерах металургійної промисловості

Країна	Киснево-конвертерний, %	Електросталь, %	Мартенівський метод, %
Австрія	90,4	9,6	0
Китай	81,6	18,4	0
Японія	73,6	26,4	0
Германія	69,3	30,7	0
Росія	61,6	16,3	22,1
Індія	57,2	38,9	3,6

З таблиці випливає, що в розвинених країнах весь обсяг сталі виробляють в кисневих конвертерах і дугових сталеплавильних печах, мартенівське виробництво збереглося тільки в Індії, Росії та України. Частка мартенівської сталі в Індії становить 3,9 в Росії 22,1 в Україні 43,4.

За прогнозами до 2011 року в Україні частка мартенівського способу мала знизитися з 43,4 до 17 %, частка електросталеплавильного способу зросте з 6,8 до 11 %, а основний обсяг виплавки сталі (72 %) буде припадати на киснево-конвертерний спосіб. Як наслідок технологічної відсталості готова металопродукція України виявляється неконкурентоспроможною на зовнішніх ринках. Україна змушена продавати її за заниженими цінами, а це викликає антидемпінгові судові процеси, в результаті яких Україна щорічно втрачає мільярди доларів.

Таким чином для забезпечення розвитку металургійних підприємств України потрібно домогтися проведення наступних заходів:

- зниження матеріальних і в першу чергу енергетичних витрат при виробництві металопродукції;

- реконструкції виробництва на основі впровадження нових технологій та обладнання;

- активна інноваційно-інвестиційна політика при селективності спрямованості заходів;

- оптимізація кадрового потенціалу підприємств та впровадження нових методів управління.

Стратегія зростання дозволить металургійному виробництву успішно функціонувати в ринковому конкурентному середовищі.

Слід зазначити, що для здійснення вищевказаних заходів необхідні вагомі фінансові витрати.



1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА

1.1 Шлакоутворення конверторної плавки

Шлакоутворення є найважливішою складовою технології конвертерної плавки. Воно визначає хід дефосфорації, знесірчення металу, істотно впливає на стійкість футеровки. Раннє утворення активного основного шлаку, який до моменту інтенсивного окислення вуглецю покриває метал досить товстим шаром, супроводжується зазвичай значним зменшенням виносу і викидів металу. У викидах міститься до 65 % металевої фази. Повільне шлакоутворення викликає перевитрату вапна, що не завжди забезпечується необхідну ступінь (глибина) десульфурації і дефосфорації металу. У звичайних умовах плавки шлакоутворення часто проходить з недостатньою швидкістю, що призводить до неповного засвоєння вапна шлаком (60-90 %) і затягування процесів видалення шкідливих домішок.

Актуальність питання поліпшення шлакоутворення зростає при збільшенні частки брухту в металошихті, що дещо погіршує умови формування шлаці внаслідок зниження температури ванни на більшому періоді плавки. Швидкість шлакоутворення істотно залежить від якості застосовуваного брухту (розміру шматків, щільності, насипної ваги), а також від співвідношення різних видів брухту і їх взаємного розташування в конвертерної ванні. Умови шлакоутворення бувають найгіршими при використанні лише великовагового брухту і при завалці легковісного брухту під великоваговий, що часто має місце в практиці.

Умови шлакоутворення останнім часом ускладнилися у зв'язку зі зменшенням вмісту марганцю в чавуні, освоєнням переділу чавуну з підвищеним вмістом фосфору, дефіцитом плавикового шпату і інтенсифікацією продувки, при якій підвищення швидкості масопереносу і шлакоутворення (без прийняття спеціальних заходів) в деякій мірі відстає від зростання швидкості окислення домішок. Проте, найважливішою технологічною метою процесу в усіх випадках є отримання до кінця плавки шлаків, насичених вапном і з достатньою вологотекучостю. При забезпеченні цього майже для всіх реакцій в кінці плавки досягається стан рівноваги або близьке до нього, що особливо необхідно для отримання максимального ступеня видалення шкідливих домішок.

1.2 Механізм та закономірності шлакоутворення і розчинення вапна

Джерелами утворення шлаку при киснево-конвертерному процесі є:

- процеси окислення домішок чавуну;

- надходження оксидів із сипучих матеріалів;

- розчинення футерування ;

- і головним чином, розчинення вапна.

Звичайна динаміка зміни в процесі плавки об'єму рідкої фази шлаці і розчиненого вапна при охолодженні плавок ломом та рудою. Спочатку (до 20 % тривалості плавки - при охолодженні рудою і до 30 % і більше - при охолодженні ломом) накопичення шлакової фази відбувається, в основному, за рахунок окислення складових чавуну (кремнію, марганцю, заліза), а потім домінуюча роль у збільшенні її кількості переходить до процесу розчинення вапна. Найбільш інтенсивний перехід вапна в рідку фазу і приріст основності шлаці спостерігаються на початку (особливо при охолодженні ванни тільки рудою) і в кінці плавки.

Перехід вапна в шлаковий розплав починається після закінчення пасивного періоду, пов'язаного з тим, що при внесенні шматочка непрогрітого вапна в шлак навколо нього спочатку наморожується кірка шлаці, і необхідно якийсь час для її прогріву і розплавлення. Тривалість пасивного періоду відносно невелика і не перевищує 50 с. для шматків вапна розміром близько 0,04 м при звичайних величинах теплових потоків в конвертерній ванні. Тим не менш, необхідно прагнути до скорочення зазначеного періоду, особливо при інтенсифікації продувки, шляхом застосування вапна з мінімально допустимими розмірами шматків (10-30 мм) або шляхом попереднього нагрівання вапна.

Мікроскопічне та петрографічне дослідження шматків вапна, витягнутих з гетерогенного (ще не сформованого) конвертерного шлаці, виявляє їх зональну структуру. Слідом за недоторканою серцевиною з кристалічними решітками СаО розташовується зона, просочена оксидами заліза (іноді марганцю) з наростанням їх концентрації напрямку до периферії, поступово переходить в зону зі значним вмістом твердих розчинів FеО-МnО-CaO, евтектики і хімічних сполук (феритів, силікатів, в деяких випадках - фосфатів). Значення температури переходу в рідку фазу деяких сполук оксиду кальцію з іншими оксидами наведені в таблиця 1.1. Найбільш легкоплавкі з'єднання виходять в системах FeO-MnO-CaO, CaO-Fe2O3 і CaO-P2O5. При наявності в первинному шлаці високої концентрації кремнезему на поверхні шматків вапна зазвичай утворюється, суцільна або ділянками, щільна оболонка ортосиліката кальцію з високою температурою тиску (2130 °С). Це значно гальмує подальше розчинення вапна в шлаці.

Таким чином, процес асиміляції вапна шлаком складається з ланок відображених в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 - Температура перехода в рідку фазу в деяких з'єднаннях

Система	Найбільш легкоплавкі з'єднання	Температура плавлення °С
CaO-SiO2 CaO-SiO2 CaO-Al2O3 CaO-Fe2O3 CaO-P2O5 CaO-P2O5	CaSiO3(CaO·SiO2) Ca3Si2O7(3CaO·2SiO2) Ca5Al6O14(5CaO·3Al2O3) CaFe2O3(CaO·Fe2O3) CaP2O6(CaO·P2O5) Ca2P2O7(2CaO·P2O5)	1540 1478 1455 1200 980 1300

1. Зовнішнього масопереносу, а саме, дифузійного підведення FеО, МnО і інших оксидів-розчинників з шлаці до поверхні вапна та відведення розчиненого оксиду кальцію від міжфазної межі в глибинні шари шлаці. У деяких випадках (підвищена температура ванни, утворення легкоплавких з'єднань) можливе просто оплавлення поверхневого шару шматків. Швидкість масопереносу в загальному випадку і для СаО визначається рівняннями:

vдиф=вS?(MeO)=D/д S?(MeO)	(1.1)
vдиф=вS?(CaO)=S D/д[(CaO)нас-(CaO)дейст]	(1.2)

де vдиф - швидкість дифузії компонента; в - коефіцієнт масопереносу; D - коефіцієнт дифузії; д - товщина дифузійного прикордонного шару; Д (МеО) - перепад концентрацій компонента; S - площа поверхні зіткнення вапна з шлаком.

2. Внутрішнього масопереносу, а саме, проникнення рідкого шлаці в пори, тріщини і по кордонах зерен шматків вапна і подальшої дифузії оксидів-розчинників (іонів) в грати вапна з утворенням більш легкоплавких, ніж СаО, твердих розчинів і хімічних сполук у поверхневому шарі. Глибина проникнення шлаці в пори і капіляри описується рівнянням:

l^2=(у·cosи)/2з rф	(1.3)

де у - поверхневий натяг рідкої фази; и - кут змочування; з - динамічна в'язкість рідкої фази; r - радіус капіляра; ф- час контакту, с.

З аналізу механізму процесу асиміляції вапна шлаком і рівнянь (1.1) і (1.3) випливає, що на швидкість цього процесу впливають як чинники, від яких залежить швидкість масопереносу компонентів в рідкій фазі шлаці, наприклад, її в'язкість, перемішування ванни, градієнт концентрацій, величина поверхні контакту вапно-шлак (перша ланка), так і чинники, що визначають умови змочування шлаком поверхні вапна і дифузії частинок в решітці СаО (друга ланка).

Важливою особливістю умов розчинення вапна в кисневому конвертері є наявність у верхній частині ванни первинної реакційної зони, де вапно піддається комплексному впливу дуже високих температур і шлаці з превалюючим вмістом оксидів заліза. Це сприяє порівняно швидкому формуванню активного основного шлаці. У протилежному напрямку на розчинення вапна впливає емульгування шлаці в процесі продувки, його змішування з металом, що обумовлює наявність в ділянках розчинення вапна значних металевих прошарків. Склад шлаці, особливо первинного, дуже впливає на процес розчинення вапна.

На розчинення вапна концентрації окремих компонентів шлаці, за даними лабораторного дослідження, проведеного в температурних і гідродинамічних умовах, наближених до умов реальної ванни.

Про в'язкості досліджених шлаків, виміряної методом коаксіальних циліндрів.

Залежність швидкості засвоєння шлаком вапна (фСаО) від вмісту оксиду кальцію в шлаці носить екстремальний характер. Величина фСаО зростає з підвищенням основності шлаці і вмісту в ньому оксиду кальцію до визначених для кожного періоду плавки меж, а потім знижується. Це пов'язано зі зміною в'язкості шлаці, що зменшується з ростом концентрації СаО до 30-35 % у зв'язку з утворенням значно менших одиниць течії і, очевидно, у зв'язку з переходом, при вмісті СаО більше 35-40 %, до гетерогенного стану шлаці.

Збільшення вмісту в шлаці кремнезему при незмінному співвідношенні інших його складових спочатку розріджує шлак переміщаючи його склад з гетерогенної в гомогенну зону розплаву, і цим збільшує його активність щодо засвоєння вапна. Проте взаємодія шлаків, що містять кремнезем, з вапном протікає зазвичай, як уже зазначалося, з утворенням щільних оболонок ортосиліката кальцію, що перешкоджають подальшому проникненню розчинників всередину шматка вапна. Тому збільшення концентрації кремнезему понад оптимальних значень вельми негативно позначається на процесі розчинення в шлаці вапна, що спостерігається по різкого спаду кривих справа. Це негативний вплив посилюється при вмісті кремнезему в шлаці більше 30 % збільшенням в'язкості шлаків в результаті укрупнення кремнекислородних аніонів.

Збільшення вмісту в шлаках оксидів заліза і марганцю сприятливо впливає на процес розчинення вапна Зв'язок в'язкості шлаці з концентрацією в ньому FеО і МnО має вигляд типових ізотерм з мінімумами для систем, в яких енергія зв'язку частинок змішаних компонентів нижче, ніж енергія зв'язку частинок будь-якого з компонентів.

Введення в звичайні киснево-конвертерні шлаки до 6 % оксиду магнію позитивно позначається на процесі розчинення вапна: зменшується в'язкість шлаків (знижується енергія зв'язування частинок шлаці за рахунок підвищення числа різнойменних частинок) і збільшується розчиняється массопотоков оксиду кальцію за одиницю часу (рис. 1.1).

Рис. 1.1 - Зв'язок в'язкості шлаку і швидкості розчинення в ньому вапна з вмістом MgO

вапно шлакоутворення плавка

Загальний характер впливу на процес розчинення вапна магнезії та оксиду кальцію в звичайних межах зміни їх концентрацій досить близький.

Емпіричне рівняння зв'язку швидкості розчинення в шлаці вапна з його складом для шлакових систем, що зустрічаються на практиці, таке:

фСаO =k (СаO + 1,35 MgO - 1,09 SiO2 + 2,75 FеО +1,9 МnО-39,1),	(1.4)

де фСаO - питомий масопотік СаО в шлаці, кг/м2 с; k - коефіцієнт пропорційності.

Рівняння (1.4) підкреслює визначальний позитивний вплив на асиміляцію шлаці вапна закису заліза і підвищення основності шлаці в звичайних межах її зміни. Оксиди марганцю менш ефективно впливають на розчинення вапна, ніж оксиди заліза і, очевидно, можуть брати активну участь у розчиненні вапна лише при достатньому вмісті закису заліза, що випливає з уповільнення розчинення вапна при збільшенні концентрації МnО вище 26 %, у разі незначного вмісту закису заліза в шлаці. У звичайних умовах киснево-конвертерного процесу головними розчинниками вапна є оксиди заліза.

Активна розчинна дія на вапно оксидів заліза насамперед пов'язана з їх впливом на в'язкість шлаці; зменшення в'язкості шлаці, що прискорює зовнішній масоперенос, найбільш значно по абсолютній величині при підвищенні його окислення. При підвищенні в шлаці концентрації оксидів FeO, Fe2O3, МnО істотно поліпшуються змочування шлаком вапна та умови проникнення шлаці в пори у зв'язку зі зменшенням крайового кута, утвореного шлаком на поверхні твердого вапна, і збільшенням поверхневого натягу шлаці. Іони, з яких складаються оксиди заліза (Fe 2 +, Fe 3 +, О 2-), мають невеликі розміри (RFe 2 + = 0,83 A, RFе 3 + = 0,67 A, RО 2- = 1,32 A) і кристалізуються також, як і СаО, в кубічній системі. Це полегшує міграцію оксидів заліза в грати вапна і їх дифузію з утворенням вельми легкоплавких розчинів і феритів кальцію.

Проникнення кремнезему і глинозему в вапно утруднюється великими розмірами утворюваних при цьому іонів: SiO44- (R = 2,19А), AlO2-, Al3O75-.

Їх зіставлення показує, що у верхній і нижній частинах діаграм конфігурація ізошвидкості розчинення вапна і ліній ізов'язкості майже збігається, зниження в'язкості шлаці супроводжується зростанням фСАО для всіх періодів плавки. Всі заходи, спрямовані на збільшення шлаці в цих областях, підвищують швидкість розчинення в шлаці вапна у зв'язку зі сприятливою зміною умов протікання ланки зовнішнього масопереносу. В першу чергу це стосується зростання основності рідкої фази шлаці (до оптимальних величин).

У середній частині діаграм, в області середніх концентрацій SiО2, спрямованість ліній з швидкості розчинення вапна і ліній з в'язкості дещо відрізняється. У цій області не всі заходи, прийняті для збільшення шлаці, супроводжуються підвищенням фСаО, тобто значна роль у розчиненні вапна ланки внутрішньої дифузії , умов змочування і проникнення рідких розчинників в пори і тріщини твердого вапна. Це ж підтверджується ослабленням впливу барботажа на розчинення вапна до кінця плавки. У той же час хід кривих швидкості розчинення вапна в цілому адіабататичний до ходу кривих в'язкості шлаці. У виробничих умовах встановлено значний вплив на швидкість розчинення вапна барботажа ванни на основній частині тривалості плавки. Все це говорить про великий і, ймовірно, превалюючий протягом майже всієї плавки вплив на процес розчинення вапна в'язкості шлаці і ланки зовнішнього масопереносу.

Кінцевою метою процесу шлакоутворення має бути, як уже зазначалося, насичення (або наближення до стану, близького до насичення) шлаків вапном або С3S. Це забезпечує глибоке видалення з металевого розплаву шкідливих домішок (максимальні коефіцієнти розподілу фосфору між шлаком і металом також знаходяться на лінії насичення шлаці вапном при 1600-1650 °С).



1.3 Технологія наведення шлаку

Процес шлакоутворення на практиці визначається дутьєвим режимом і режимом присадок шлакоутворюючих матеріалів, який передбачає вид і кількість шлакоутворюючих матеріалів, порядок і черговість їх введення в конвертер. Зазвичай в процесі продувки вміст оксидів заліза, у міру наростання швидкості зневуглецювання, зменшується, а в другій половині плавки починає збільшуватися. У середині продувки при максимальних швидкостях обезвуглецювання шлак може згортатися, що вимагає прийняття спеціальних заходів з підтримання його в гомогенному стані. Вміст оксидів кальцію і магнію в ході плавки безперервно збільшується, а кремнезему і оксиду марганцю - зменшується. Основність шлаці повільно, але неухильно, зростає, досягаючи найбільших значень в кінці продувки.

Швидкість шлакоутворення значною мірою визначається режимом введення вапна в конвертер. Здавалося б, для прискорення розчинення вапна доцільно вводити всю його кількість на початку продувки, проте такий спосіб присадки вапна призводить до холодного початку процесу, окомковання вапна та уповільнення процесу розчинення його в шлаці.

Найбільш доцільне роззосереджена присадка вапна; введенне дрібними порціями в процесі продувки вапно швидко асимілюється шлаком, однак час його введення затягується і основність підвищується повільно.

Швидкість введення вапна повинна бути узгоджена з підвищенням температури ванни. Основним теплоносієм в перший період конвертерної плавки є кремній. Не можна допускати, щоб прихід теплоти в ванну (за одиницю часу) від окислення кремнію QSi був менший, ніж витрата його на нагрів вапна Qвап, тобто швидкість окислення кремнію повинна відповідати швидкості введення вапна:

dQвап / dф = dQSi / dф		(1.5)



Для нагрівання вапна до температури ванни необхідно теплоти:

dQвап =CptdGвап	(1.6)

Від окислення кремнія виділяється теплоти:

dQSi=Gчав/100 qdSi	(1.7)

Отже має зберігатися нерівність:

Cp tdGвап=Gчав/100 qdSi	(1.8)

де Ср - теплоємність вапна; Gвап, Gчав - відповідно маса вапна і чавуну; q - тепловий ефект окислення кремнія.

Отримала поширення практика присадки частини вапна в завалку, тобто до заливки чавуну. У цьому випадку вапно раніше прогрівається і раніше досягається більш висока основність шлаці. Однак збільшення кількості вапна, завантаженного в завалку, призводить до переохолодження розплаву, збільшенню тривалості запалювання плавки, при цьому спостерігається підвищена схильність до викидів, характерна для холодного початку процесу.

Добавки, які підвищують реакційну здатність шлаці, вводять в різні періоди плавки разом з вапном або окремо.

Найбільш сильним і поширеним розріджувачем в киснево-конвертерному виробництві є плавиковий шпат (CaF2) - навіть при невеликих його добавках (2-3 кг/т сталі) різко зростає реакційна здібність шлаці. Плавиковий шпат не знижує вмісту оксиду кальцію в шлаці, оскільки містить іон Са2 +.

Введення в шлак плавиковогошпату підвищує активність оксидів заліза в шлаці в результаті відтискування слабким по електростатичного впливу іоном F1- (для F1- відношення електричного заряду до квадрату радіуса n = 0,56, що близько до значення n для комплексного іона SiO 44- -0 , 51) сильного аніону О2 '(n = 1,14) у напрямку до сильного катиону Fe 2 +, сприяючи тим самим мікророзслоювання шлака і прискоренню розчинення вапна.

Присадки плавиковогошпату дозволяють вести процес при меншій концентрації оксидів заліза в шлаці. Підвищуючи рідкоплинність шлака і активність оксидів заліза, ці присадки порушують динамічну рівновагу між киснем дуття, шлаком і металом, тим самим звільняються надлишкові кількості оксиду заліза, які відразу вступають в реакцію з вуглецем, про що свідчить короткочасне збільшення вмісту СО (СO2) у відхідних газах після присадки шпату. Далі процес йде в нових умовах динамічної рівноваги вже з меншою кількістю оксидів заліза, причому дія плавикового шпату проявляється до кінця плавки; баланси CaF2 показують, що це з'єднання практично не випаровується в процесі продувки.

Витрати плавикового шпату на плавку зазвичай не перевищують 0,5 % маси металошихти. Присаджують його в основному на самому початку продувки або під час згортання шлака при інтенсивному обезвуглецюванню.

У зв'язку із зростаючим дефіцитом плавикового шпату і високою його вартістю (одержання якісного металургійного плавикового шпату вимагає великих витрат) досить інтенсивно ведуться пошуки його замінників. Випробувані порошкові суміші та брикети плавикового шпату з різними матеріалами - прокатною окалиною, бокситом, колошниковим і конвертерним пилом у різних співвідношеннях, ільменітовою рудою (основний компонент TiO2); дослідження не виявили їх переваг перед чистим шпатом.

Широко ведуться дослідження можливості використання в конвертерній плавці різних мінеральних речовин і відходів виробництв кольорової металургії. Позитивні результати отримані при застосуванні борвмісних речовин.

В системі СаО-В2O3 є ряд сполук, температури плавлення яких складають від 990 °С (СаO · В2O3) до 1310 °С (2СаO · В2O3), що сприяє ранньому розрідженню шлака. Лабораторні дослідження, які виконали Родопман і Джуржей, показали, що містять бор речовини - колеманіт, улексит, бура (табл.1.2) знижують температуру плавлення киснево-конвертерних шлаків, що містять 9,9-13,7 % МnО, 16,0-17, 8 % Si02, 36,5-48,2 % СаО, 2,5-4,0 % MgO, 19,3-28,0 % FeO, до 1340-1370 °С. За ступенем впливу на температуру плавлення шлака зазначені мінерали розташовуються таким чином: колеманіт, бура, плавиковий шпат, улексит. Рідкоплинність і основність шлаків, отриманих при використанні колеманіта, вище, ніж у шлаків з плавикового шпату. Однак при вмісті в шлаці В2O3 вище 2,5 %, на відміну від плавикового шпату, значно погіршуються процеси десульфурації і дефосфорації.

Таблиця 1.2 - Хімічний склад борвмісних речовин і плавикового шпату, %

Матеріал	SiO2	CaO	CaF2	B2O3	Na2O	H2O	S
Колеманіт Улексит Бура Плавиковий шпат	2,34 1,21 - 4,44	27,00 15,00 - 12,08	- - - 55,63	41,23 45,61 36,45 -	0,8 8,14 16,20 -	3,55 7,94 47,2 4,65	0,044 0,004 - 0,14

Досліди, проведені в 400-тонних конвертерах при переділі чавуну з вмістом фосфору 0,20-0,25 %, підтвердили ефективність використання колеманіта замість плавикового шпату, як флюсуючий додаток в кількості, що забезпечує утримання В2O3 в кінцевому шлаці в межах 0,5-1 %. Витрата колеманіта склала 20 кг/т вапна (витрата плавиковогошпату - 29 кг/т). Доцільність використання колеманіта зростає при переділі фосфористих чавунів, оскільки в плавиковому шпаті міститься фтор, що знижує розчинність п'яти окисів фосфору в лимонній кислоті, а це є показником придатності фосфат шлаків для використання в якості добрив у сільському господарстві.

Задовільні результати отримані при використанні замість плавиковогошпату нефелінових руди - ортита, що містить 39,6-46,0 % SiO2, 17,1-28,7 % Al2O3, 4,3-12,5 % Fe2O3, 7,4-14,4 % СаО, 0,08-0,14 % S, 0,52-0,96 % Р2O5, 8,3-17,3 % Na2O+К2O, 0,6-1,9 % Н2O. Температура плавлення ортита знаходиться в інтервалі 1255-1375 °С. Технологічні показники плавок, проведених з нефеліновою рудою, не гірші, ніж при роботі з плавиковим шпатом. В даний час ортит успішно застосовують в конвертерах ємністю 160 і 350 т на Західно-Сибірському металургійному комбінаті.

В якості можливих замінників плавиковогошпату можуть розглядатися такі природні мінерали, як флюоритизований вапняк (36-40 % СаО; 12-13 % SiО2,11,5-12,5 % CaF2; 22-24 % в п.п.) і флюоритова руда (25% CaF2), при випробуванні яких в 250-350-тонних конвертерах отримані задовільні результати.

Для управління шлакоутворенням змінюють параметри дуттевого режиму. До параметрів дуттевого режиму при верхній продувці слід віднести, насамперед, число сопел в фурмі, кут їх нахилу до вертикальної осі, висоту фурми над ванною, витрата кисню. Ці параметри визначають так звану жорсткість дуття, яка характеризується енергією взаємодії кисневого струменя з ванною. М'яке продування досягається розсоредженням подачі дуття в ванну - збільшенням числа сопел, кута їх нахилу, діаметра окружності розташування вісей сопел в торці накінечника, а також більш високим підйомом фурми над ванною і зменшенням інтенсивності продувки і забезпечує значну витрату кисню на окислення заліза і, тим самим , прискорення переходу вапна в шлаковий розплав. Найбільш гнучко й оперативно управляти процесом шлакоутворення в ході продувки дозволяє зміна висоти фурми над ванною і регулювання хвилинної витрати кисню. Вивчено вплив цих параметрів на кількість кисню Vo2 Fe, витраченого на окислення заліза в шлак:

lgVo2 Fe=a1 h2+b1	(1.9)
lgVo2 Fe=a2/(Q2+b2 )	(1.10)

де h - відстань між фурмою і рівнем спокійної ванни, мм; Q - витрата кисню, м3/хв; а1, а2, b1, b2 - постійні коефіцієнти.

З розглянутих рівнянь випливає, що кількість кисню, що витрачається на окислення заліза, що переходить з металевої ванни в шлак, є функцією вмісту вуглецю в металі, витрати кисню і положення фурми над рівнем ванни. Рівняння, що враховує дію всіх трьох незалежних змінних, має наступний вигляд:

lgVо2 Fe=a1h2+a2/(Q2+a2 ) lg[C]	(1.11)

Чисельні значення коефіцієнтів a1, а2, а3 рівняння можуть бути знайдені для будь-якого конкретного конвертера.

На практиці продувку починають при високому положенні фурми, збільшуючи тим самим не тільки вміст оксидів заліза в шлаці, а й надходження теплоти в ванну внаслідок його окислення, оскільки реакція [Fe]+1/2{О2} = (FeO) супроводжується виділенням 4800 кДж на 1 кг заліза, що також сприяє прискоренню шлакоутворення. Аналіз практики роботи конвертерів показує, що зі збільшенням діаметра ванни конвертера Dв початкова висота фурми Нпоч повинна зростати приблизно за такою залежністю:

Нпоч = 0,56 Dв-0,06.	(1.12)

При збільшенні діаметра ванни зростає площа її поверхні і для того, щоб струмені кисню охоплювали більшу поверхню, потрібно більш високе положення фурми.

На практиці продувку починають при високому положенні фурми, збільшуючи тим самим не тільки вміст оксидів заліза в шлацы, а й надходження теплоти в ванну внаслідок його окислення, оскільки реакція [Fe] +1/2 {О2} = (FeO) супроводжується виділенням 4800 кДж на 1 кг заліза, що також сприяє прискоренню шлакоутворення. У процесі з донною кисневої продувкою регулювання шлакоутворення дуже обмежене, оскільки можливе лише шляхом зміни витрати кисню через днище. Для формування реакційно-здатного шлаку в цьому випадку застосовують, як правило, порошкоподібне вапно.

1.4 Шляхи поліпшення шлакоутворення

Для прискорення шлакоутворення пропонуються різні способи:

- поліпшення якості вапна (збільшення йог реакційної здатності);

- попереднє подрібнення;

- застосування доломітизованого вапна);

- заливання в конвертор готових рідких шлаків, використання кінцевих шлаків попередньої плавки;

- застосування спеціальних плавнів і флюсів (плавикового шпату, колеманіта);

- виготовлення і застосування штучних флюсів (агломерату, окатишів, брикетів, спеціальних сортів вапна);

- вдування пилоподібною вапна та ін.

Більш повному і швидкому розчиненню вапна і утворення шлаку потрібного складу сприяють:

1) Оптимальний склад переробляємого чавуну. Збільшення вмісту кремнезему в шлацы понад певної межі, при підвищенні концентрації кремнію в чавуні ускладнює розчинення вапна, зменшує активність закису заліза в шлацы в першій половині плавки (при основності менше 1,7), знижує активність оксиду кальцію і цим погіршує кінетичні термодинамічні умови видалення з металу сірки і фосфору. З іншого боку, при надмірно низькому вмісті кремнію в чавуні і кремнезему в шлаці погіршуються процеси шлакоутворення, видалення сірки і фосфору в зв'язку зі зменшенням кількості шлаку і несприятливими змінами його фізико-хімічних властивостей. Для отримання в останній третині плавки шлаку, що активно розчиняє вапно і порівняно рідкоплинного, з в'язкістю не більше 0,4 пз, що дозволяє проводити відбір проб без його роздування, замірення температури металу,злив шлаку і виключає заметалювання фурми, вміст кремнезему в шлаці повинний дорівнювати 17-18 % .Враховуючи це і необхідність забезпечення достатньої кількості шлаку для видалення сірки ([S] чав = 0,05-0,06 %) і фосфору, можна рекомендувати наступні оптимальні вмісти кремнію в чавуні: при охолодженні плавки ломом (24-26 % від ваги садки) - 0,7-0,8 %, при охолодженні рудою - 0,3-0,45 %. При такому вмісті кремнію в чавуні у зв'язку з швидким його окисленням концентрація SiO2 в шлаці на початку і в середині плавки буде дещо вищою оптимальної, і тому слід вживати заходів, що прискорюють розчинення вапна.

При підвищенні вмісту марганцю в чавуні збільшується кількість його оксидів в шлаці, прискорюється розчинення вапна, хоча при високій його концентрації істотно збільшується чад металу. Доцільно мати в чавуні 0,7-0,8 % марганцю. Цілком можлива переробка чавунів і з пониженим вмістом марганцю (0,3 %). Однак при цьому, якщо не вжити відповідних заходів, зростають винос і втрати металу, збільшується ймовірність заметалювання фурми, горловини конвертера і поверхні кесона, і для поліпшення шлакоутворення необхідні спеціальні заходи - збільшення витрати плавикового шпату, зміна положення фурми в процесі плавки та ін.

2) Присадки оксидів марганцю в шлак у вигляді марганцевмісного вапняку, марганцевмісного вапна, а також марганцевої руди. В останньому випадку в шлак вноситься значна кількість кремнезему. Введення оксидів марганцю в шлак найбільш доцільне при переділі низькомарганцового чавуну.

3) Підтримка в ході продування оптимальних співвідношень окисленості шлаку і швидкості окислення вуглецю, при яких досягається найбільша швидкість розчинення вапна. Величини цих оптимальних співвідношень залежать від температури ванни і для різних періодів плавки вони різні. Тому доцільно змінювати положення фурми або витрати дуттевого кисню за певною програмою, що забезпечує оптимізацію процесу.

4) Підвищення вмісту в шлаці MgO до оптимального межі - близько 6 % [6]. Це сприяє зменшенню в'язкості шлаку і швидкому розчиненню вапна, а також підвищенню стійкості футерівки конвертерів. Дослідження вітчизняних і зарубіжних заводів свідчать про позитивні результати роботи при використанні магнезіального вапна і доломітизованого вапняку.

5) Підвищення температури ванни і перегріву шлаку щодо температури його плавлення. При гарячому ході операцій шлакоутворення прискорюється, збільшується ймовірність оплавлення поверхневих шарів ошлакованних шматків вапна, але в решті плавки надмірно висока температура шкідлива, оскільки при цьому зменшується повнота окислення фосфору, що негативно позначається на якості сталі. Тому найбільш доцільним вважається наступний температурний режим: гарячий початок операції і нормальна температура ванни в кінці продувки.

При роботі з високою витратою брухту і введення його однією порцією початок плавки, як уже зазначалося, протікає холодно, формування шлаку погіршується, і на це необхідно звертати особливу увагу.

6) Введення в шлак спеціальних флюсів, що розріджують його і сприяють розчиненню вапна [7].

7) Застосування м'яко обпаленого вапна, що швидко реагує. М'яко обпалене вапно має розвинену дрібнокристалічну структуру, велику пористість, що визначає його високу реакційну здатність. При цьому на деяких заводах воліють мати в центрі шматків вапна розміром понад 35 мм невелике ядро вапняку, що запобігає перевитраті вапна в печах і сприяє швидкому його розчиненню внаслідок розтріскування при попаданні в шлак. Перспективне застосування вапна з обмеженим розміром шматків (10-40 мм) і вапна, отриманої в печах «киплячого» шару, яке має досить високу реакційну здатність. При розмірі часток вапна менше 5-10 мм різко збільшується його винесення. Вдування пилоподібного вапна пов'язано з ускладненням виробництва, тому при переділі звичайного мартенівського чавуну в кисневих конвертерах навряд чи доцільно.

Підвищення якості вапна є одним з дієвих і ще недостатньо використаних важелів (резервів) поліпшення шлакоутворення. Необхідний безперервний контроль реакційної здатності вапна на заводах і негайне усунення причин, що зменшують його.

8) Попередня підготовка шлакоутворюючих матеріалів. Перспективність цього напрямку підтверджується успішними дослідами застосування синтетичного вапна, що містить до 10 % оксидів заліза, а також вапна, «забрудненого» до 20 % оксидами Fe2O3, MgO і Al2O3. Застосування такого вапна прискорює його перехід в шлак, підвищує вихід придатного і збільшує ступінь видалення з металу шкідливих домішок - сірки і фосфору. Позитивні результати дає також застосування вапна, просоченого оксидами марганцю. Проте організація виробництва зазначених вище видів вапна пов'язана зі значними труднощами.

При випалюванні такого вапна відбувається злипання його шматків, налипання вапна на футерівку випалювальних печей з утворенням «настилів», часткове руйнування кірки на шматочках вапна, збагаченого оксидами заліза або марганцю, втрати цих оксидів на холодильниках обертових печей.

Заслуговують на увагу пропозиції застосовувати огрудкованих матеріалів, які з конвертерного пилу, окалини або інших речовин, що містять оксиди заліза, а також плавиковий шпат (або соду і вапно).

У цьому напрямку особливо перспективне застосування синтетичних матеріалів, виготовлених з порошкоподібних сумішей, що володіють великою поверхнею контакту фаз, і містять значну кількість легкоплавких (~ 1200 °С) феритів кальцію. До числа таких матеріалів відносяться, в першу чергу, високоосновні обпалені окатиші і агломерат (основність більше 3 і з вмістом СаО понад 25 %). Дослідженнями встановлено, що при використанні високоосновного агломерату в кількості 20-60 кг на 1 т сталі шлакоутворення значно поліпшується і йде по шляху, який прискорює асиміляцію вапна шлаком і зростання його основності. Застосування високоосновного агломерату значно наближає шлях зміни складу шлаку в конвертері до бажаного шляху шлакоутворення, розташованому в зоні найбільших швидкостей розчинення шлаком вапна, а при високих витратах агломерату призводить до майже повного їх збігу.

При використанні високоосновного агломерату шлак значно швидше наближається до стану насичення вапном і трьохкальцієвим силікатом, чим забезпечується надійне видалення шкідливих домішок.

Прискорене формування шлаку на всіх етапах продувки при застосуванні високоосновного агломерату зумовлює істотне поліпшення умов служби вогнетривів і підвищення всіх техніко-економічних показників киснево-конвертерного процесу.

9) Усунення грудкування вапна:

а) розосередження дуття у зв'язку з більш рівномірним в обсязі ванни виділенням оксиду вуглецю і перемішуванням значно зменшує ймовірність огрудкування вапна, особливо в периферійних ділянках ванни. При однострумковій фурмі спостерігається бурхливе виділення СО і фонтанування в центрі ванни, слабке перемішування на її периферії, що сприяє злипанню шматків і комкованию вапна в цій зоні.

Для запобігання та зменшення грудкування вапна число сопел в кисневій фурмі n, мабуть, слід збільшувати пропорційно зростанню площі ванни (Sв)•:

nмакс=kSв?k1 Q/H0	(1.13)



де Q - ємність конвертера, т; Н0 - глибина спокійній ванни; k, k1 - коефіцієнти пропорційності;

б) залишення в конвертері частини шлаку і застосування кінцевих сталеплавильних шлаків покращує шлакоутворення, збільшує кількість шлаку на початку плавки і знижує ймовірність грудкування вапна, але має і недоліки: труднощі заливки чавуну і підвищення тривалості циклу плавки в разі застосування рідких шлаків, збільшення ймовірності викидів і ін. Оптимальні результати досягаються при залишенні близько 1/3 шлаку;

в) введення вапна «під чавун» скорочує пасивний період розчинення вапна в процесі продувки і прискорює процес шлакоутворення, проте може призводити до заростання днища конвертера і збільшує цикл плавки. Доцільно збільшувати до деякої межі число порцій вапна, що вводяться по ходу продувки, розосереджуючи в часі введення кожної порції. Зосереджений введення в ванну значної кількості вапна сприяє її грудкуванню. З підвищенням інтенсивності продувки з'являється необхідність і можливість, у зв'язку із зростанням потужності перемішування ванни, більш зосередженого і раннього введення вапна без його грудкування.

10) Поліпшення шлакоутворення при інтенсифікації продувки. Коефіцієнт масопереносу в в конвертерній ванні визначається потужністю його перемішування і швидкістю окислення вуглецю:

в?k2 (TVC)a?k3 Iо2a	(1.14)

де Io2 - інтенсивність продувки, м3/т хв; Т - температура ванни, К; а = 0,7-0,8 - показник ступеня. З рівняння (1.14) випливає, що при інтенсифікації продувки має місце деяке відставання в рості швидкості масопереносу і, отже, розчинення вапна від зростання Iо2) і скорочення тривалості плавки, обернено пропорційною Iо2), що вже зазначалося вище. Підвищення інтенсивності продувки має супроводжуватися розосередженням дуття (збільшенням числа сопел в фурмі), що впливає на шлакоутворення протилежно Iо2, у зв'язку зі зменшенням грудкування вапна і деяким підвищенням окисленності шлаку в цьому випадку. Збільшення числа сопел в фурмі впливає протилежно підвищенню інтенсивності продувки і на рівень ванни, визначальний ймовірність викидів металу і шлаку. Тому для усунення викидів та покращення шлакоутворення при підвищенні інтенсивності продувки слід збільшувати число сопел в фурмі відповідно до наближеним рівнянням:

n?k4 Iо2 х	(1.15)

Величина показника х, за розрахунками авторів, становить близько 1,2. Більш точний аналіз, що враховує вплив глибини ванни на її спучування і характер газовиділення, призводить до вираження:

nмакс?k Iо2 х Q)/H0	(1.16)

де у < 1.

З рівнянь (1.13) і (1.16) видно, що зростання садки та інтенсифікація продувки для забезпечення нормального ходу плавки повинні супроводжуватися збільшенням ступеня розосередження дуття. При підвищенні інтенсивності продувки посилюється перемішування ванни і прискорюється розчинення вапна з перших хвилин плавки, скорочується тривалість плавки. На Криворізькому металургійному заводі визначено найбільш раціональний, з точки зору поліпшення процесу шлакоутворення і показників плавки, режим присадки вапна в 150-тонний конвертер при підвищеній до 4,2 м3/т. хв. інтенсивності продувки: присадка 40-50 % всьеого вапна на початку продувки, 20-30 % - на 2-й хв. і 20-30 % - не пізніше 4-ї хв. від початку продувки (при її тривалості 12 хв.). У цьому випадку усуваються зазначені вище недоліки процесу шлакоутворення, пов'язані зі зростанням інтенсивності продувки, підвищуються основність, сіро- і фосфоропоглинальна здатність шлаків, збільшується стійкість футерівки.

Різноманітність пропонованих рішень пояснюється складністю додання основнго шлакоутворюючого матеріалу (флюсу) властивостей, які диктуються особливостями сучасного киснево-конверторного процесу.

1.5 Аналіз літературних і патентних даних існуючих технологій поліпшення шлакового режиму конвертерної плавки

У вітчизняній і світовій практиці конвертерного виробництва сталі для отримання в конвертері шлакового розплаву із заданими властивостями використовують різні як природні, так і штучні матеріали. Широке застосування знайшли магнезіальні шлакоформуючі матеріали, так як встановлена залежність стійкості футеровки конвертерів від змісту MgO в шлаках. Введення в плавку магнійвмісних матеріалів знижує агресивну дію високозалізистих шлаків на футерівку конвертера. Збагачення шлаку шляхом введення магнезії до складу шлакоформуючих матеріалів ускладнює перехід MgO з вогнетривів в шлак внаслідок зміни умов масопереносу оксидів магнію в шлак (наближення змісту MgO до межі розчинності в шлаці). Використання в конвертерній плавці доломітизованго вапна і обпаленого доломіту (55-60 % СаО, 30-35 % MgO) дозволило добитися вельми значних результатів щодо підвищення стійкості футерівки. Однак, незважаючи на наявність в розплаві оксидів заліза, які сприяють підвищенню межі розчинності в шлаці обпаленого доломіту, він, тим не менш, розчиняється погано. У результаті відбувається гетерогенізації шлакового розплаву з підвищенням його в'язкості і наявністю твердих шматків доломіту і вапна. Ведення конвертерної плавки з таким шлаком супроводжується погіршенням процесів дефосфорації і десульфурації, а також підвищеним виносу металу з конвертера.

Уральським інститутом металів спільно з Сухоложським заводом метало-флюсів (СЗМФ) і Нижньотагільським металургійним комбінатом (НТМК) розроблений новий клас композиційних матеріалів - комплексні флюси. Це синтетичні шлакоформуючі, які визначаються як гетерогенні, нерівноважні системи, що складаються з двох або більше компонентів, що відрізняються за хімічним складом, фізико-механічними властивостями і призначенням [1], що включають:

- флюси конвертерні вапняно-магнезіальні озалізнені (ІМФ), що містять 28-60 % MgO, 25-50 % СаО і 7-10 % Fe2О3. Перевагами цих флюсів є низька температура плавлення (до 1350 °С), висока реакційна здатність розчинення в сталеплавильних шлакових розплавах, зменшення часу початку шлакоформування, поліпшення дефосфорації металу. Перспективним напрямом використання ІМФ виключно для відновлення футерування конвертерів за рахунок нарощування гарнісажу, особливо на останніх стадіях експлуатаційної кампанії, можна розглядати застосування флюсів з вмістом 60-70 % MgO;

- флюси конвертерні вапняно-магнезіальні марганцевисті (ІММ), що містять 28-50 % MgO, 20-40 % СаО і 10-12 % Мn2О3;

- флюси марганцево-вапняні (МІФ), що містять 6-12 % Мn2O3, 66-73 % Сао, призначені для використання замість вапна і марганцевого агломерату (марганцевого концентрату). Застосування цих флюсів може сприяти зниженню витрат при виробництві сталі за рахунок зниження витрати марганцевих матеріалів (марганцевого концентрату, феромарганцю), а також підвищенню якості сталі в результаті зменшення газонасиченості матеріалу при заміні вапна флюсом.

Одним з найбільш широко вживаних в даний час синтетичних шлакоутворюючих матеріалів в конвертерних виробництвах Магнітогорського («ММК»), Західно-Сибірського («ЗСМК») металургійних комбінатів, «Северсталь» та «НТМК», є вапняно-магнезійний озалізнений флюс ІМФ-30 , що містить 28-31 % MgO, 49-51 % СаО, 3,5-6 % SiO2, 7-10 % Fе2О3. ІМФ-30 на відміну від обпаленого доломіту характеризується однорідністю хімічного і фазового складу по перетину зерна. Мікроструктура ІМФ дрібнокристалічна і складається з зерен вапна, периклаза, аліта, твердих розчинів на основі браунміллеріта та феритів кальцію і магнію. Зерна периклаза та вапна оточені залізистою зв'язкою. Оціночні дані щодо застосування вапняно магнезіальних шлакоформуючих матеріалів металургійними підприємствами Росії і споживання вапняно-магнезіальних шлакоформуючих флюсів в 2003 р приведені в таблиці 1.3.

За аналітичними оцінками фахівців, застосування вапняно-магнезіального озалізненого флюсу ІМФ-30 в конвертерних виробництвах дозволило:

- поліпшити процеси шлакоформування в конвертері (використання ІМФ замість обпаленого доломіту внаслідок наявності у флюсі значної кількості легкоплавких з'єднань дозволяє вже на перших хвилинах продувки плавки мати більш однорідні і рідкоплинні шлаки);

- знизити кількість додувок, в основному на температуру;

- поліпшити процеси дефосфорації і десульфурації сталі;

- збільшити стійкість футерівки конвертерів, що призвело до зниження витрати вогнетривів і заправних матеріалів.

Таблиця 1.3 - Види використовуваних флюсів на різних комбінатах та об'єми використання

Комбінат	Флюси, що використовуються	Об'єм використання в місяц, тис.т.
НТМК	ІМФ	6-7,5
ММК	Озалізнений доломіт	38-40
«Северсталь»	ІМФ	15-20
Челябінський металургійний комбінат	Доломіт м'якообпалений	4-5
Новолипіцький металургійний комбінат	Озалізнений доломіт та доломіт м'якообпалений	3-4



Виробництво вапняно-магнезіального озалізненого флюсу на СЗМФ організовано на незадіяних потужностях технологічної лінії виробництва цементного клінкеру в 1999 р. Перші дослідно-промислові партії ІМФ були випробувані в конвертерному виробництві «Сіверсталі» в 1999-2000 рр., На НТМК в січні 2000 р, на ЗСМК в травні-червні 2003 р За минулі п'ять років обсяг виробництва ІМФ на СЗМФ виріс більш ніж в 23 рази. Виробництво флюсів для сталеплавильного виробництва здійснюється мокрим способом, що забезпечує достатню однорідність фізико-хімічного складу і гранулометричних параметрів. Подрібнення і перемішування сировинних компонентів відбувається у високопродуктивних трубних кульових млинах. Обпалюють їх в обертових печах, де шихта послідовно проходить стадії сушки і згущення сировинного шламу, руйнування у вологому стані великих утворень, нагріву, декарбонізації, спікання, грануляції за участю розплаву, охолодження. Термообробка шихти здійснюється в безперервнорухомому шарі при контакті матеріалу з нагрітими стінками печі і димовими газами. Флюси в обертовій печі отримують в дві стадії: на першій проводиться структурування тонкоподрібненого матеріалу на основі води до фракції 0,5-3 мм; на другій - структурована шихта на основі розплаву перетворюється на гранули-окатиші фракцією 5-60 мм, що містять капсульоване незасвоєне розплавом вапно.

В умовах НТМК при виробництві сталі з ванадієвого чавуну дуплекс-процесом заливка напівпродукту в конвертер на другому переділі супроводжується частковим попаданням і ванадієвого шлаку.

Висновки і постановка задач

1. Шлакоутворення є найважливішою складовою технології конвертерної плавки. Воно визначає хід дефосфорації, знесірчення металу, істотно впливає на стійкість футеровки.

2. Раннє утворення активного основного шлаку, який до моменту інтенсивного окислення вуглецю покриває метал досить товстим шаром, супроводжується зазвичай значним зменшенням виносу і викидів металу. У викидах міститься до 65% металевої фази.

3. Повільне шлакоутворення викликає перевитрати вапна, хоча не завжди забезпечує необхідну ступінь (глибина) десульфурации і дефосфорації металу. У звичайних умовах плавки шлакоутворення часто проходить з недостатньою швидкістю, що призводить до неповного засвоєння вапна шлаком (60-90 %) затягуванню процесів видалення шкідливих домішок.

4. Умови шлакоутворення останнім часом ускладнилися у зв'язку зі зменшенням вмісту марганцю в чавуні, освоєнням переділу чавуну з підвищеним вмістом фосфору, дефіцитом плавиковогошпату і інтенсифікацією продувки, при якій підвищення швидкості масопереносу і шлакоутворення (без прийняття спеціальних заходів) в деякій мірі відстає від зростання швидкості окислення домішок.

5. Найважливішою технологічною метою процесу в усіх випадках є отримання до кінця плавки шлаків, насичених вапном і з достатньою рідкоплинністю.

6. Джерелами утворення шлаку при киснево-конвертерному процесі є: процеси окислення домішок чавуну, надходження оксидів із сипучих матеріалів, розчинення футерування і, головним чином, розчинення вапна.

7. Перехід вапна в шлаковий розплав починається після закінчення пасивного періоду, пов'язаного з тим, що при внесенні шматочка непрогрітого вапна в шлак навколо нього спочатку наморожується кірка шлаку, і необхідно якийсь час для її прогріву і розплавлення.

8. Активна розчинююча дія на вапно оксидів заліза насамперед пов'язана з їх впливом на в'язкість шлаку; зменшення в'язкості шлаку, що прискорює зовнішній масоперенос, найбільш значно по абсолютній величині при підвищенні його окислення.

9. При підвищенні в шлаці концентрації оксидів FeO, Fe2O3, МnО істотно поліпшуються змочування шлаком вапна та умови проникнення шлаку в пори у зв'язку зі зменшенням крайового кута, утвореного шлаком на поверхні твердої вапна, і збільшенням поверхневого натягу шлаку.

10. Процес шлакоутворення на практиці визначається дутьевим режимом і режимом присадок шлакоформуючих матеріалів, який передбачає вид і кількість шлакоутворюючих матеріалів, порядок і черговість їх введення в конвертер.

11. Швидкість шлакоформування значною мірою визначається режимом введення вапна в конвертер. Здавалося б, для прискорення розчинення вапна доцільно вводити всі її кількість на початку продувки, проте такий спосіб присадки вапна призводить до холодного початку процесу, окомкованню вапна та уповільненню процесу розчинення її в шлаці.

11. На практиці продувку починають при високому положенні фурми, збільшуючи тим самим не тільки вміст оксидів заліза в шлаку, а й надходження теплоти в ванну внаслідок його окислення, оскільки реакція [Fe] +1/2 {О2} = (FeO) супроводжується виділенням 4800 кДж на 1 кг заліза, що також сприяє прискоренню шлакоформування.