Дослiдження тепломасообмiнних процесiв при дегазацii металу у сталеплавильноi печi

Туяхов А. I. професор; Пономаренко О. О. магiстрант

Світова тенденція в сталеплавильному виробництві - отримання високоякісного металу для всіх марок сталей. Якість металу визначається не тільки складом компонентів (З, Si, Mn, S, P), що регламентуються, але і такими шкідливими домішками як неметалічні включення (Al2O3, SiO2 і ін.) і розчинені гази (H, N, Про). На передових металургійних заводах України широко застосовуються позапічні методи обробки рідкого металу, з метою отримання сталі високої якості з низьким змістом неметалічних включень і розчинених газів. До числа таких підприємств можна віднести МК "Азовсталь", ВАТ "ДМЗ" і ряд інших. Окрім цього на багатьох металургійних заводах отримали розповсюдження установки "піч-ківш, електромагнітне перемішування металу і дію на нього електричного поля. Проте, використовування позапічних методів обробки металу вимагає значних первинних витрат на проектування і монтаж основного і допоміжного устаткування. Крім того, в процесі рафінування рідкої сталі необхідне використовування електроенергії і дорогих інертних газів, в основному аргону, що в умовах складного фінансово-економічного положення ВАТА "ММК" представляє значні труднощі. Тому зниження енерговитрат при позапічному рафінуванні сталі на ВАТІ "ММК" може бути досягнутий за рахунок видалення водню із сталеплавильної ванни основного технологічного агрегату. Найбільш ефективно можна здійснювати видалення водню з ванни мартенівських печей, що працюють з продуванням рідкого металу киснем через зведення фурми. В сталеплавильну ванну водень поступає з трьох основних джерел: - металевої і неметалічної частини шихти; - атмосфери печі; - розкислювачів і легуючих добавок. В металургійній частині шихти водень присутній в елементарній формі (розчинений газ, або газ в раковинах і міхурах чавунних чушок) так і в хімічно зв'язаному вигляді (наприклад, у вигляді іржі). В окремих випадках необхідно вважатися з тим, що шматки шихти забарвлені, политі мазутом або смолою. В рідкому чавуні зміст водню залежить від парциального тиску в сурмі доменної печі, яке визначається вогкістю дуття і кількістю що подається в піч мазуту або природного газу і складає 3-7 см3 / 100г металу. Значна кількість вологи може бути внесений у ванну печі вапном, бокситом і залізняком. Вплив вологи вапна особливо виявляється, коли вона завантажується на поверхню рідкого шлаку і металу. Найінтенсивніше надходження водню в метал здійснюється з атмосфери печі, за рахунок утворення водяної пари при спалюванні палива. При цьому водяні пари, розчиняючись в шлаку, передають свій водень металу. Крім того, метал безпосередньо взаємодіє з атмосферою печі при його оголенні під час кипіння або за допомогою найдрібніших металевих крапель, що викидаються з ванни в процесі її інтенсивного зневуглецювання. Водень потрапляє в метал також при його легуванні і розкислюванні. Це пояснюється тим, що феросплави, що використовуються, часто містять значну кількість газів. Так, в 75 % - ном ферросилиции зміст водню коливається від 8 до 15 см3 / 100г, а в доменному ферромарганце ( 75 - 80% ) воно складає 20 - 40 см3 / 100г. Би було невірне характеризувати плавку як процес, що приводить до газонасиченості сталі. Разом з процесами збагачення сталі газами під час плавки з тією або іншою інтенсивністю розвивається її дегазація, яка відбувається завдяки освіті і виділенню міхурів окислу вуглецю, в які переходить розчинений в металі водень. Швидкість цього процесу описується рівнянням: ( 1) де Vc - швидкість зневуглецювання ванни до - константа, залежна від швидкості массопередачи в об'ємі металу, тобто від радіусу пухирців, глибини ванни і ін. [H] - середній вміст водню в металі. З рівняння (1) видно, що швидкість видалення водню з металу визначається швидкістю зневуглецювання, а остання у свою чергу залежить від інтенсивності продування ванни киснем. Приймаючи на підставі літературних даних вміст водню в металі по розплавленні 8 см3 / 100г була визначена інтенсивність продування ванни киснем в період доведення в інтервалі швидкостей окислення вуглецю 0,1 - 0,5 % / ч. При цьому передбачалося, що 90 % кисню на окислення вуглецю поступає за рахунок продування, а 10 % з атмосфери печі. Окрім цього враховувалося, що кисень в реакційній зоні витрачається безпосередньо на реакцію окислення вуглецю в кількості 30 %. Використовуючи залежність зміни змісту водню в металі від швидкості вигоряння вуглецю, отриману В.И. Явойским для основних мартенівських печей було встановлено, що окислення вуглецю з швидкостями 0,1 - 0,2 % /ч веде до насичення металу воднем, що відповідає інтенсивності продування 1400 - 2800 м3 / ч. Окислення з швидкостями 0,3 - 0,5 % приводить до дегазації металу від водню, що відповідає інтенсивності продування 4200 - 7000 м3 / ч. Метою роботи було зниження змісту водню в металі за рахунок продування киснем на 2 - 4 см3 / 100г з подальшою його дегазацією в ковші в умовах ВАТА "ММК". Таке зниження змісту водню можна досягти при інтенсивності продування 4500 - 5000 м3 / ч. Підвищення інтенсивності продування веде до подальшої дегазації металу, проте при цьому значно зростає витрата кисню.