Технологические особенности десульфурации колесной электростали в агрегате внепечной обрабоки

Десульфурация стали стали при внепечной обработке на ковше-печи явля­ется одной из важных технологических операций. Успешное протекание процесса десульфурации обеспечивается наводкой рафинировочного шлака оптимального химического состава, длительно­стью перемешивания металла со шлаком инертным газом, ранним форми­рованием рафинировочного шлака, оптимальной окисленностью металла, обеспечивающей содержание оксида железа FeO в шлаке менее 0,5 %.

На НТЗ разработана новая технология внепечной обработки колесной вакуумированной стали, включающая комплексное раскисление, десульфу­рацию и модифицирование металла вводом алюминиевой катанки и по­рошковой силикокальциевой проволоки.

В восстановительный период при плавке под высокоосновным шлаком с низким содержанием FeO можно получить сталь с низким содержанием серы. Однако вследствие малой скорости диффузии серы в системе металл—шлак при отсутствии интенсивности перемешивания ванны, вызываемого в окислительный период окислением углерода, процесс этот протекает медленно и отрицательно сказывается на производительности печей [3].

Основной особенностью десульфурации колесной стали в ковше является создание большой поверхности контакта металла и шлака с хорошими десульфурирующими свойствами. В результате создания большой поверхности контакта реакции, протекающие медленно в печи, заменяются очень быстрыми реакциями, происходящими в ковше. Обрабатывать металл при сливе в ковш можно твердыми порошкообразными материалами и жидкими синтетическими шлаками. Однако обработка твердыми материалами и их смесями (известь, плавиковый шпат, сода и др.) дает эффект только при десульфурации чугуна, в котором активность серы значительно выше, чем в стали. При обработке в ковше твердыми материалами жидкой стали заметной десульфурации обычно не наблюдается. Исключение составляют лишь некоторые стали с высоким содержанием кремния, повышающего активность серы.

Хорошие результаты десульфурации колесной стали дает обработка (рафинирование) металла в ковше жидким синтетическим шлаком. Для десульфурации применяется известково-глиноземистый шлак, содержащий 52—55% СаО; 40—46% Al2O3; 3,5% SiO2; 0,5% FeO; = 3% MgO. Расход шлака составляет 4—6% от массы металла. Нагретый до 1650—1750° С шлак заливают в сталеразливочный ковш за несколько минут до выпуска плавки.

Во время выпуска сталь, падая в жидкий шлак с высоты 5—1,5 м, разбивается на мелкие капли, вследствие чего образуется огромная поверхность контакта металла со шлаком, превышающая поверхность в дуговой печи в тысячи раз. На этой поверхности быстро протекают процессы рафинирования, в частности десульфурации стали. Известково-глиноземистый синтетический шлак, содержащий большое количество СаО и малое SiO2 и FeO, обладает высокой десульфурирующей способностью.

Поскольку к тому же при обработке в ковше между металлом и шлаком возникает огромная поверхность контакта и реакция десульфурации приближается к равновесию, коэффициент распределения (S)/[S] достигает величины 150-180, т. е. значительно большей, чем при плавке в дуговой печи. Это позволяет понижать содержание серы в стали на 50—80% и получать готовый металл, содержащий 0,005—0,008% S. Это является важной особенностью рафинирования синтетическим шлаком, обеспечивающей существенное улучшение качества стали.

Степень десульфурации стали в значительной мере, помимо пере­численных факторов, определяется начальным содержанием серы. Из приведенных данных следует, что при изменении начального со­держания серы от 0,010 до 0,020 % степень десульфурации стали за период обработки изменяется от 10 до 35 %, достигая 70-75 % при начальном со­держании серы на уровне 0,050 %. При изменении расхода шлакообра­зующих от 2 до 12 кг/т стали степень десульфурации изменяется в преде­лах от 8 до 27 %. При увеличении длительности обработки от 20 до 80 мин степень десульфурации изменяется в пределах от 10 до 27 %. Зависимость степени десульфурации от расхода электроэнергии определяется тем, что расход электроэнергии в значительной степени определяется количеством присаживаемых шлакообразующих и длительностью обработки.

Рисунок 3.1. Зависимость степени десульфурации от начального содержания серы

Футеровка сталеразливочных ковшей прихо­дит в квазистационарное тепловое состояние после разливки двух-трех плавок. Даже в случае прихода металла на ковш-печь практически с температурой разливки, но с использованием нового ковша, для поддержания температуры стали на на­чальном уровне был необходим многократный и длительный нагрев. Это объясняется поглощением тепла футеровкой ковша.

На распределение серы между металлом и шлаком значительное влияние оказывает окисленность стали [6]. Поэтому после отдачи шлакообра­зующих или при начальном усреднении металла перед отбором пробы сле­дует раскислять сталь вводом алюминиевой проволоки. В этом случае процесс десульфурации будет протекать интенсивнее и более полно.

Основность шлака заметно влияет на коєффициент распределения серы при определенных значениях (FeO+MnO) [6]. Например, на рисунке 2 представлена зависимость от основности при содержании в шлаке (FeO+MnO)<1 %.

Рисунок 3.2. Влияние основности на коэффициент распределения серы в колесной стали

Из рисунка видно, что для обеспечения значений>>100 достаточно иметь основность шлака 3,5-4,0. При более высокой основности отмечено снижение коэффициента распределения между металлом и шлаком.

Эффективным приемом повышения интенсивности десульфурации колесной стали является 2-х стадийный ввод кальцийсодержащей проволоки [9]. После перво­го ввода резко снижается содержание кислорода в стали и, естественно, в шлаке и увеличивается сульфидная емкость рафинировочного шлака. В процессе растворения частицы силикокальция обогащаются железом.

Таким образом, характер взаимодействия кальция с расплавом при вводе в низкоуглеродистую колесную сталь металлического кальция, силикокальция и карбида кальция существенно не различается. Опыт показывает, что в большинстве случаев результаты обработки определяются общим количеством введенного в сталь кальция и практически не зависят от того, в каком виде он подан в металл [5].

Для эффективной десульфурации стали продувкой порошками извести и силикокальция необходимо соблюдение следующих требований [5]:

− при выпуске стали из сталеплавильного агрегата необходимо с максимально возможной полнотой отделить от металла окислительный печной шлак и навести в ковше новый шлак высокой основности с минимальным содержанием оксидов железа. Чтобы избежать оголения поверхности металла при бурлении во время обработки количество ковшевого шлака должно быть не менее 10 – 12 кг/т;

− перед десульфураций сталь должна быть глубоко раскислена. Обычно с этой целью ее рекомендуют обрабатывать алюминием, остаточное со-держание которого должно быть не менее 0,02%;

− при необходимости глубокой десульфурации колесной стали рекомендуется также отказаться от использования сталеразливочных ковшей с шамотной футеровкой, заменив ее высокоглиноземистой, магнезитовой или доломитовой. Известно, например, что при использовании ковшей с высокоглиноземистой и магнезитовой футеровкой степень использования кальция для десульфурации стали соответственно в 1,6 и 2 раза выше, чем при обработке в ковшах с шамотной футеровкой;

− чтобы избежать повышения окислености металла и шлака при взаимо-действии с кислородом воздуха и для создания над поверхностью металла атмосферы с низким окислительным потенциалом ковш на период обработки

В металле плавок без вакуумирования отмечено несколько более высокий суммарный балл сили­катов и алюминатов. Использование вакуумирования и продувка металла в ковше аргоном увеличивают длитель­ность обработки, однако способствуют созданию более развитого контакта диспергированных ме­талла и шлака и, следовательно, увеличивают сте­пень завершенности массообменных процессов, улучшают условия ассимиляции образовавшихся неметалличеcких включений.

Улучшение степени десульфурации при использование вакууматора при обработке колесной стали представлено в талице 3.1

Таблица 3.1 Степень удаления серы при различных схемах внепечной обработки [8]

Вакууматор обязателен при производстве заготовок из марок стали, склонных к образованию флокенов, к которым относится и колесная сталь.