Оптическая основность и сульфидная емкость сталеплавильных шлаков

 

Кузьмин А.И. (МЧМ-07вм) [*]

Одной из основных задач внепечной обработки стали является десульфурация металла, которая возможна лишь при наведении достаточного количества высокоосновного шлака, что приводит к необходимости добавления в ковш большого количества извести. Это сопровождается дополнительным расходом электроэнергии и времени для проведения десульфурации. Для повышения эффективности внепечной обработки и снижения ее продолжительности необходимо присаживать минимально необходимое количество извести, что может быть возможным только при наличии адекватных методов расчета десульфурирующей способности сталеплавильных шлаков различного состава.

Для характеристики десульфурирующей способности шлака обычно используют понятие сульфидной емкости . Последняя меняется в очень широких пределах при изменении состава шлака, при этом в наибольшей степени коррелирует с содержанием основных оксидов в шлаке, а точнее с т.н. основностью шлака . Для учета остальных компонентов шлака в литературе предлагается большое количество вариантов, однако наиболее общий и формальный способ состоит в использовании понятия оптической основности:

                   , .      

где  - эквивалентная доля анионов, вносимых данным компонентом;  - основность компонента системы:

Уравнение дает прямолинейную зависимость логарифма сульфидной емкости шлака, в то время как во многих двойных системах наблюдаются «интегралообразные» зависимости – резкое изменение емкости в середине интервала, и пологое поведение на краях.

В литературе также предлагается похожее уравнение для , которое, однако, позволяет получить именно такой «интегралообразный» вид зависимости сульфидной емкости от состава:

                                ,       

где  - атомная доля компонента шлака (компонентами считаются элементы периодической системы);  – эмпирические параметры.

Для сравнения методик был собран достаточно представительный массив данных из 400 точек по системам с участием , , , , , ,  и  и проведены следующие расчеты:

1.     расчет со всеми исходными коэффициентами;

2.     подбор методом наименьших квадратов (МНК) только констант температурной зависимости с сохранением исходных поэлементных параметров;

3.     подбор МНК всех коэффициентов (для формулы – за исключением параметров для оксида кальция и кремнезема).

Результаты статистической обработки приведены ниже (в последних столбцах приведено среднеквадратическое отклонение ).

Расчет с использованием формулы :

Коэффициенты A, B, C, D соответствуют следующей формуле:

                                         .                

Сравнение литературных значений оптической основности компонентов шлака с полученными в результате статистической обработки показывает, что несмотря на их существенное отличие по некоторым компонентам (,  и др.), их положение в ряду  не изменилось.

Результаты расчета с использованием формулы (ввиду отсутствия данных параметр фосфора в расчете №2 принят равным параметру кремния):

Анализ результатов показал, что в области высокой сульфидной емкости шлаков расчет по формуле дает завышенное значение емкости по сравнению с фактической. В то же время расчет по формуле дает более адекватное описание фактических данных. Кроме того, расчет по формуле  дает меньшее значение среднеквадратического отклонения (0.25 против 0.34 по формуле ) при практически том же количестве подбираемых параметров.

Таким образом, проведенные расчеты позволяют сделать вывод о предпочтительности использования уравнения для расчета зависимости сульфидной емкости шлака от его состава. В случае применения уравнения желательно использовать предлагаемые значения параметров оптической основности компонентов шлака. Это позволит более точно подбирать необходимый состав шлака и расход извести для достижения требуемой степени десульфурации металла.