Шлаки и их роль в сталеплавильном производстве

Шлаки и их роль в сталеплавильном производстве. При плавке шлак соприкасается с газами, поэтому он нагревается в первую очередь. При больших количествах шлаков или при тугоплавких шлаках нагрев металла затрудняется. Следовательно, характер шлака и количество его оказывают значительное влияние на ход плавки. При начале плавки во время расплавления металла происходит окисление Fe, Si. Мn н Р. Из этих окислов и флюсов образуется шлак, затем окисляются примеси под слоем шлака Основным передатчиком кислорода является FeO, находящаяся в шлаке. Закись железа в шлаке реагируете кислородом печных газов по реакции. Эта реакция идете выделением тепла, поэтому шлак активно окисляется при более низких температурах. Образующиеся высшие окислы железа диффундируют через толщу шлака м металла и окисляют его по реакции Fe + FesO4 = 4FeO. Основной процесс плавки стали ведут с полным, частичным окислением или без окисления примесей. Плавку с полным, окислением примесей проводят в тех случаях, когда необходимо переплавить шихтовые материалы с повышенным содержанием фосфора, серы получить сталь с минимальным количеством этих элементов. Для окисления примесей после расплавления шихты в печь добавляют руду. Окислы железа окисляют примеси в металле (Si. Мn. Р и С), в результате образуется железистый шлак, содержащий (FeO)3*P2O5. Такой шлак способствует удалению фосфора из металла. Для образования более прочного соединения ангидрида фосфора в шлак добавляют свежеобожженную известь с целью получения фосфорно- кальциевой соли в шлаке по реакции (FeO)3 – Р306+4 СаО (СаО4) – Р2О5 + 3 FeO + 112 400 пая. Эта реакция протекает успешно, так как металл не нагрет до высокой температуры. В этот период обычно ванна кипит в результате частичного окисления углерода. Полученный фосфористый шлак сливают. При выплавке высокоуглеродистой стали и в тех случаях, когда содержание углерода в окислительный период понизилось в металле ниже заданных пределов, после удаления шлака, ванну науглероживают. Для этого в печь загружают электродный бой, кокс, в отдельных случаях чушковый чугун с. малым содержанием вредных примесей — фосфора и серы. Во время науглероживания металла загрузочное окно плотно закрывают во избежание поступления в пространство печи , кислорода воздуха. Для усвоения углерода металлом дают выдержку 5— 7 мин., после чего наводят новый шлак, загружая флюсующую смесь в количестве до 4% от веса металла. Флюсующая смесь состоит на 80% из свежеобожженной извести и на 20% из плавикового шпата. Во вновь образовавшемся шлаке в начальный период содержание окислов (FeO и МnО) обычно колеблется от 5 до 8%. Для уменьшения содержания этих окислов в шлак добавляют раскислительную смесь, состоящую из извести, молотого ферросилиция и кокса. Под действием этой смеси в шлаке уменьшается содержание FeO до 1,0% и Мn до 0,4%. Шлак такого состава является активным десульфуратором металла. После раскисления металла его доводят до заданного состава, вводят необходимые добавки, а при необходимости н легирующие элементы. Окончательное раскисление стали производят алюминием. Такой процесс называется плавкой под белым шлаком. Выплавку инструментальных сталей и подобных им в основном ведут под карбидным шлаком. На первой стадии восстановительного периода плавка ведется так же, как и под белым шлаком. Затем на поверхность шлака в печь загружается карбидообразующая смесь. Смесь состоит из извести, плавикового шпата и молотого кокса. В зоне электрических дуг в печи, т. е. в области высоких температур, происходит взаимодействие окиси кальция с углеродом кокса, образование карбида кальция и ОКИСИ углерода по реакции СаО+ЗС =СаС2+СО Карбид кальция увеличивает раскислительную и обессеривающую способность шлака. Для ускорения образования карбида кальция в шлаке все не плотности в печи герметически закрывают. Процесс раскисления и десульфурации металла под карбидным шлаком протекает по реакции 3 FeO + СаС2 =СаО + 3Fe + 2 СО; СаС2 + 3 FeS * 2 СаО * 3 CaS + 3Fe + 2 СО; СвО + MnS -4- С = CaS * Мn + СО. 8 результате протекающих реакций содержание FeO to МnО в шлаке понижается до десятых долей процента, содержание серы в металле уменьшается до следов. Для полного раскисления а конце плавки добавляют раскислители — ферросилиций и алюминий. Для получения легированной стали вводят легирующие добавки, металл быстро нагревают до заданной температуры, выдерживают 10- 15 мин., а затем выпускают в ковш для разливка Плавку с частичным окислением примесей ведут на чистых (по содержанию вредных примесей) исходных материалах. В состав шихты при плавке не вводят железную руду. Процесс окисления примесей в основном протекает в период расплавления шихты, в результате чего частично понижается содержание кремния, марганца, углерода и фосфора а металле. Образующийся шлак сливают и дальше ведут плавку под белым или карбидным шлаком. В отдельных случаях ведут плавку без окисления примесей — методом переплава. Для этого загружают в печь шихту, состоящую из отходов стали, близкой по составу к той марке, которую необходимо получить. При этом процессе плавки первичный (железистый) шлак в печи не удаляют, так как со шлаком удаляются легирующие элементы-хром, титан, ванадий и др. Восстановительный период плавки методом переплава можно вести как под белым, так и под карбидным шлаком. Применение этого процесса для переплава отходов приводит к экономия дорогостоящих ферросплавов. Кислый процесс плавки стали. Плавка в кислых дуговых печах нашла широкое распространение при производстве фасонных стальных ОТЛИВОК. Плавка а кислых дуговых печах ведется под кислым шлаком, содержащим до 65% SiO2. Так как сера и фосфор при кислых шлаках нз металла почти не удаляются, металлическую шихту, состоящую в основном из стального лома, используют с низким содержанием серы (0.03% S) и фосфора (0,03% Р). Производство стали При расплавлении шихты на поверхности металла образуется шлак, содержащий Зв—46% Si. 22—28% FeO. 18—26%"МпО и 6—7% СаО. Кипение ванны, во время которого to металла удаляются газы и неметаллические составляющие, так же важно, как и при основном процессе плавки. Однако активное окисление углерода в металле затрудняется из-за того, что закись железа активно соединяется с кремнеземом, образуя 2FeO * SiO2.Для повышения интенсивности кипения повышают температуру в печи и добавляют в ванну железную руду в количестве от 2 до 4% от веса металла. В результате присадки руды содержание закиси железа в шлаке повышается до 35%. По мере выгорания углерода в металле содержание закиси железа в шлаке снижается до 15—17%. Шлак такого состава частично сливают и в печь вводят свежие шлакообразующие добавки—кварцевый песок, шамотный бой, известь. Для ускорения раскисления вновь наводимого шлака присаживают в печь ОД—0,2% от веса плавки молотого ферросилиция и 0,1—0,2% от веса плавки молотого кокса ИЛИ древесного угля. Получив нормальный шлак (он имеет светло-зеленый, светло-дымчатый или дымчатый цвет), содержащий S0— 56% SiO2.9—12% FeO. 2.0—3.0% Fe2O3, 4.0—6.0% AI2O3.18—20% МnО, до 5.0%' СаО и 0.06—0.08% Р2О5, и отрегулировав содержание углерода, приступают к раскислению стали. Раскисления стали производят силикомарганцем, ферросилицием и алюминием. Алюминий обычно вводят в ковш во время выпуска стали из печи. Плавка стали в кислых дуговых печах по сравнению с плавкой в основных печах имеет следующие преимущества более повышенная стойкость футеровки рабочего пространства печи, меньшие тепловые потери вследствие большой глубины ванны при равной емкости печей и более высокая производительность в связи с меньшей затратой времени на плавку. К недостаткам этого процесса относят: потребность в шихтовых материалах с малым содержанием фосфора и серы и возникающие затруднения получения стали с узким пределом по содержанию кремния.