Кислородно-конверторный процесс - это общее название процессов, в которых газообразный кислород используется в качестве основной движущей автотермической силы тепла, в результате окисления примесей, таких как углерод, кремний, марганец и фосфор, и в ограниченной степени окисление самого железа. Существует несколько типов продувки стали в кислородном конвертере: верхняя продувка, продувка снизу и комбинированная.
Существенные черты обычных сталеплавильных процессов - частичное окисление углерода, кремния, фосфора и марганца в составе чугуна и сопровождающие сокращение содержания серы. Доменная печь горячего металла для LD (кислородного-конвертера) сталеплавильного процесса в идеале содержит около С = 4,2%, Si = макс 0,8%, Mn = макс 0,8%, S = не более 0,05%, P = макс 0,15%, количество лома формирует около 20-30% от объема металла.
Происходящие реакции
В LD процессе кислород, необходимый для осуществения реакций, поставляется в виде газа и окисленных металла и шлака
Фактическое распределение кислорода между шлаком и металлом не легко определить, поскольку оно является функцией от числа переменных, включая расход кислорода. Основной реакцией переработки является удаления углерода:
Рисунок 1 представляет идеализированные диаграммы, показывающие изменения в концентрации элементов в ванне металла во время кислородной продувки. Основные термодинамические данные для этих реакций хорошо известны и равновесие углерода, и содержание кислорода может быть легко рассчитано при всех температурах и давлениях, встречающихся в производстве стали.
Рисунок 1. Изменение состава ванны во время удара кислорода (идеализированный)
Окисление углерода в процессе реакции с кислородом является наиболее важным, так как во время реакции увеличивается температура и развивается большое количество газов CO и CO 2, которые вызывают перемешивание металла и шлака и удаление водорода, азота и части неметаллических включений из металла. Из-за поставления кислорода под давлением и перемещении большого количества газов, в жидкой ванне образуется смесь шлака, металла и пузырьков газа, с огромной поверхностью контакта. Из-за этого, реакция окисления углерода самоускоряется и достигает очень высокой скорости.
Кремний
В соответствии с термодинамическими прогнозами, удаление кремния обычно заканчивается на относительно ранней стадии удара. Реакция может быть представлена уравнениями (6) и (7).
Первоначально уровень марганца в ванне падает в результате окисления, но потом, немного реверсии, а затем происходит второе падение. Эти изменения в содержании марганца в ванне относятся к совокупным воздействием роста температуры и состава шлака, о деятельности марганца и оксида железа, предполагая, что реакция близка к равновесию. Эта точка зрения подтверждается наблюдениями, что в конце продувки, содержание марганца оказывается 82% от равновесного значения при использовании комовой извести и 85% от равновесного значения при вводе порошкообразной извести.
В средней части удара, уровень (FeO) в шлаке падает, как следствие процесса обезуглероживания и разведения, который сопровождает известь флюса. Однако, в конце удара, (FeO) снова возрастает, как углерод удаление становится менее интенсивным и разведения начинает влиять на активность оксида марганца в результате чего марганец транспортируется из ванны в шлак. В некоторой степени потери марганца могут быть сведены к минимуму с ростом температуры.
Фосфор
Перегородки фосфора между шлаком и металлом, как известно, очень чувствительны к условиям процесса и до сих пор было возможно построить кинетические модели, основанные на простых допущениях.
Распределение фосфора между шлаком и металлом было рассмотрено Хили, который заключил, что термодинамическое поведение фосфора лучше всего объяснить на модифицированную версию ионной теории впервые предложенной Flood и Grjotheim. Реакцию шлак-металл записана в ионной форме в уравнении (10)
2 [P] + 5 [O] + 3 (O 2- ) - 2 (PO 3- )4.....( 10)
Хили выразил в уравнении равновесное распределение фосфора, которые применяются к конкретным диапазонам концентрации в CaO-SiO2FeO системы, а именно:
Уравнение (11) применима к шлак, содержащий более 24% CaO а уравнение (12) вступает в силу с 0% СаО к насыщению.
К сожалению, на практике соотношение разделения фосфора далеки от значений, рассчитанных для равновесия со свободным углеродом железа, так как кислород потенциал системы шлак-металл зависит от обезуглероживания. Ограниченный корреляции с содержанием углерода в ванне уже сообщалось, хотя другие работники предположили, что обширная дефосфоризация должна быть возможна на высоком уровне углерода, при условии, что шлак является достаточно основным.
С другой стороны, зависимость распределения фосфора на содержание FeO шлака в LD и Q-BOP показано на рисунке 2. Параметра определяется как
где В основности; для B> 2,5, kPS оказывается не зависящим от Б.
Распределение фосфора также установлено, что связанные с содержанием углерода в стали на время нажав; из-за снижения уровня углерода, достигнутый в нижней выдувное процесса, распределения фосфора как ожидается, будет лучше, чем в LD. В общем, высокая основность и низкой температуры шлака (независимо от содержания FeO) приносит пользу.
Рисунок 2. Влияние FeO на содержание шлаков на распределение фосфора и log kPS значение
Сероочистка
Передача серы происходит через следующие реакции:
[S] + (O 2 ) G = (SO2 ) G .....( 14)
Установлено, что около 15-25% растворенной серы непосредственно окисляются в газовой фазе из-за турбулентных и окислительных условий, существующих в зоне воздействия струи.
В кислородном-конвертере, сероочистка металла идет медленно, потому что это процесс диффузии. Это может быть ускорено за счет улучшения ванны смешивания и повышение температуры, текучести и основности шлака, и активности серы. На начальном этапе разогрева, когда металл богат углеродом и кремнием, деятельност серы является высокой. Кроме того, часть серы удаляется на начальных стадиях процесса, когда температура расплава все еще относительно низка по его реакции с марганцем:
[Mn] + [S] = (MnS) .....( 15)
Рост концентрации оксидов железа в шлаке способствует растворению извести, и, следовательно, способствует сероочистки. Но средняя и наиболее интенсивная сероочистка происходит в конце, когда известь растворяется в шлак с максимальной скоростью и шлака достигает B = 2,8 и более. Таким образом, общее десульфурации металла в основном решается основности однородности окончательного шлака, который образуется в процессе преобразования кислорода в течение последних минут продувки металла.
С увеличением шлака, остаточная концентрация серы в металле ванны становится ниже, так что коэффициент распределения серы между шлаком и металлом может быть поднят до 10. Большая часть серы перейдет в шлак в то же коэффициент распределения серы. Но это не выгодно для формирования очень большого объема шлака, так как это увеличивает потери в стали в результате сжигания и быстрый износ футеровки.
В металлургическом заводе, уравнения регрессии на основе оперативных данных используются для прогнозирования конечной точки серы в допустимых пределах. Одно из таких уравнений:
Уравнение 16 оказывает благотворное влияние шлака и тормозящего влияния на FeO распределения серы. Большое количество таких корреляций в литературе, но они пригодны и применимы только к местным условиям.
Литература
KEY to METALS - Самая полная база данных о металлах в Мире
