Десульфурация колесной стали

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.

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 %.

Известно, что десульфурация в стале проходит по реакции:

CaO + FeS = CaS + FeO

И для её благоприятного протекания необходимы следующие условия:

1. Высокая основность рафинировачного шлака

2. Высокая окисленность шлака

3. Низкие температуры

В дуговых печах в окислительный период трудно достичь высокой степени десульфурации стали, так как коэффициент распределения серы между шлаком и металлом обычно не превышает 7—8 и для получения очень низкого содержания серы в стали (менее 0, 010—0, 015%) потребовалось бы многократное скачивание шлака.

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.

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 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. 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). Например, на рисунке 2 представлена зависимость от основности при содержании в шлаке (FeO+MnO)< 1 %.

Рисунок 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. 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.

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

− 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

Литература

1. Чуйко Н.М., Чуйко А.Н. Теория и технология электроплавки стали. Киев: /Донецк: Головное изд-во, 1983. - 248 с

2. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Современная технология производства стали. М.: Теплотехник, 2007. 528 с. ISBN 5 98457 052 1

3. Кудрин В.А. Внепечная обработка чугуна и стали М: Металлургия. 1992. — 336 с.

4. Колесная сталь И.Г. Узлов, М.И. Гасик, А.Т. Есаулов и др. - Киев: Техника, 1985. - 168 с