Подготовка ванны к раскислению |
49 |
||
Установлено, что содержание |
кислорода в металле в период |
||
активного кипения ванны определяется только |
содержанием |
||
углерода [23]. |
|
|
|
Зависимость > между содержанием |
кислорода и углерода в |
||
сталеплавильной ванне выражается формулой |
|
||
[%О] = °’002—+ о,оп |
|
||
[%С] |
|
|
|
и справедлива в любой момент периода активного |
кипения при |
||
содержании углерода 0,1—1,0%. |
На |
абсолютное |
содержание |
кислорода в металле в условиях мартеновской плавки не влия ют тип и температура процесса, емкость печи, основность шла
ка, содержание марганца в металле, содержание окислов же леза в шлаке, скорость выгорания углерода. Однако скорость выгорания углерода зависит от основности шлака, содержания окислов железа в нем, температуры металла, окислительной
способности печи и ее емкости.
В печи с хромомагнезитовым сводом скорость выгорания углерода на 15—20% выше, чем в печах той же емкости с ди
насовым сводом, что объясняется более быстрым нагревом ме талла и большей окислительной способностью этих печей. Так как скорость выгорания углерода не влияет на содержание кис лорода в металле (ранее считали наоборот), то абсолютное значение ее может быть любым, но не меньше определенного предела, зависящего от местных условий работы мартеновской
печи и ее емкости. Верхний предел скоростей выгорания углеро да для печей данного типа зависит от их тепловой мощности. Чем выше скорость выгорания углерода в период активного кипения при соблюдении всех остальных технологических тре бований, тем выше качество выплавляемой стали. В горячо ра ботающих мартеновских печах средней емкости с хромомагне
зитовым сводом скорость выгорания углерода достигает
0,008—0,01 %С/мин.
Еще большая скорость выгорания углерода получается при
продувке жидкого металла кислородом. Кислород подводят к ванне железными трубками, погружаемыми в металл, или через специальные водоохлаждаемые фурмы, опускаемые через свод печи. Давление кислорода составляет 10—12 атм. В начале про дувки интенсивное газовыделение наблюдается только в месте подвода кислорода. Через некоторое время кислород путем диф фузии распространяется по объему металла и ванна интенсивно
закипает ровным пузырем по всей поверхности. После прекра щения подачи кислорода интенсивное кипение продолжается не которое время, а потом постепенно затухает и переходит в нор мальное. Содержание кислорода в металле сразу после про-
4 Б. X. Хан
50 Раскисление стали
дувки .несколько -выше, чем .при обычном методе ведения плавки (рис. 24). Эта разница исчезает через 5—10 мин. и содержание кислорода соответствует обычно наблюдаемому при активном кипении [24]. В первые моменты продувки .в местах подвода кис лорода наблюдается более высокое содержание его, чем в дру
гих местах ванны. Постепенно кислород аккумулируется .ванной и концентрация его выравнивается по всему объему металла.
■о.ич ___
0,036 |
|
|
|
|
|
0.032 |
|
<! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° . 0,028 |
|
О о |
|
|
|
eg |
|
|
|
|
|
§. 0.029 |
|
|
|
|
|
§ |
О |
) |
О |
|
|
g 0.02 |
о ° |
|
|
|
|
|
|
о |
|
||
* |
|
|
|
|
|
0.016 |
о |
о° |
<р |
|
> |
0.01? |
О О |
|
|||
|
|
|
О |
|
|
& |
|
) |
о |
о |
|
|
|
||||
0.008 |
|
|
|
э—Ч |
с |
0.009 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0.1 |
02 0.3 0.9 0.5 0,6 ОЛ |
0.8 0.9 1 1,1 1,2 1,3 1,9 |
1,5 1.6 |
||
|
|
Содержание углерода, % |
|
|
|
Рис. 24. Содержание кислорода в металле после продувки ванны кислоро дом (основная мартеновская печь). Кривая показывает соотношение меж ду углеродом и кислородом в металле при обычном процессе
Момент окончания продувки следует согласовывать с про должительностью активного кипения и качеством выплавляемой
стали.
Качество .металла, выплавляемого в мартеновских печах ем костью 370 т с подачей кислорода не позднее чем за 60 мин. до раскисления при выплавке рельсовой стали и за 30 мин. при
выплавке кипящей стали, не отличается от .металла, выплавлен ного без применения кислорода [25].
При продувке ванны кислородом местом преимущественно го протекания реакции обезуглероживания становится середина ванны, так как в месте подвода кислорода создаются весьма благоприятные условия для зарождения пузырьков непосредст венно в объеме металла (высокая концентрация кислорода,
местное повышение температуры, наличие готовых газовых по лостей). Спустя некоторое время после окончания продувки
процесс кипения протекает так же, как в плавках, проводимых
Подготовка ванны к раскислению |
51 |
без применения кислорода, т. е. на подине. Продувка ванны кис
лородом сопровождается выделением большого количества пы
ли (в 10—40 раз больше, чем при обычном процессе), состоящей почти целиком из окислов железа [26]. Для понижения темпе--
ратуры в зоне реакции кислорода с металлом и уменьшения ко-
Рис. 25. Зависимость между содержанием кисло рода и углерода в жидкой стали перед удалени ем окислительного шлака (кривая Л) в сопостав лении с равновесной концентрацией (кривая £>).
Основные дуговые печи садкой 20—40 т:
© — плавки с кислородом; О — плавки с рудой
количество пыли в 3—4 раза. Наилучшие результаты получают ся в случае подачи в струю кислорода 40—50% (по отношению
к общему весу смеси) воды [27].
Опыт выплавки стали различных марок в дуговых печах с применением кислорода показывает (рис. 25), что содержание кислорода в металле в конце окислительного периода (перед удалением окислительного шлака) не зависит от способа окис ления углерода (газообразным кислородом или железной ру^
дой). Шлаки окислительного периода при продувке металла кислородом менее окислены, чем при окислении рудой [28]. Сле
довательно, при окислении ванны газообразным кислородом не происходит «переокисления» металла и не надо применять ка-
*4
52 |
Раскисление стали |
ких-либо |
специальных мер для усиленного раскисления ме |
талла. |
|
Содержание кислорода, растворенного в стали, (выплавлен
ной в конвертере с продувкой кислородом сверху, определяется
концентрацией углерода. В табл. 5 приведены данные, характе ризующие зависимость содержания кислорода в конвертерной стали от содержания углерода в случае продувки сверху [29].
Пробы металла для определения кислорода во всех случаях
отбирали до раскисления. Исследование .выполняли на 8-т кон
вертере.
На рис. 26 данные, приведенные в табл. 5. сопоставлены с
теоретической кривой равновесия между углеродом и кислоро-
Рис. 26. Зависимость между содержа нием кислорода и углерода в бессе меровской стали (продувка кислоро
дом сверху):
сплошная |
кривая — в |
условиях |
равнове |
сия; заштрихованная |
область — действи |
||
тельные |
содержания |
кислорода |
в ванне |
мартеновской печи; |
точки — содержание |
||
кислорода в бессемеровской стали
|
|
|
Таблица 5 |
Зависимость содержания |
кислорода от количества углерода в конвертерном |
||
|
металле |
|
|
Содержание углерода, % |
Количество плавок |
Среднее содержание кислорода, °[0 |
|
|
|
(в скобках—пределы колебаний) |
|
0,04—0,10 |
20 |
0,064 |
(0,032—0,085) |
0,10—0,14 |
6 |
0,055 |
(0,023—0,065) |
0,14—0,22 |
17 |
0,039 |
(0,017—0,054) |
0,22—0,30 |
7 |
0,031 |
(0,020—0,050) |
0,31—0,40 |
8 |
0,029 (0,016—0,035) |
|
0,41—0,55 |
6 |
0,019 (0,012—0,033) |
|
0,56—0,78 |
69 |
0,022 |
(0,009—0,035) |
Подготовка ванны к раскислению |
53 |
дом (ори -Рсо=1 ата nt — 1600°) и с областью действительных
содержаний кислорода в ванне мартеновской печи. Содержание кислорода в металле, выплавленном с продувкой кислородом сверху, находится в области действительных значений этого со-1
держания для ванны мартеновской печи. В рельсовом |
бессеме |
ровском металле перед раокислением содержание |
кислорода |
колеблется от 0,018 до 0,042%, а в мягком кипящем |
металле — |
от 0,047 до 0,11 %.
■Содержание кислорода в металле к моменту раскисления за висит от содержания углерода. В высоко- и среднеутлеродистых сталях содержание кислорода невелико и изменяется в узких
пределах. Содержание кислорода в металле может достигать
0,05—0,08% только при выплавке низкоуглеродистых сталей с
содержанием углерода ниже 0,1%.
Содержание окислов железа в шлаке, характеризуемое об1
щей концентрацией в шлаке железа, пересчитанного на закись железа (SFeO), изменяется в зависимости от концентрации углерода в металле и основности шлака.
В табл. 6 приводится зависимость |
между |
содержанием |
в |
|||||||
шлаке 2FeO и содержанием углерода в металле |
перед раскис |
|||||||||
лением для 185-т мартеновских печей, |
работающих скрап-руд- |
|||||||||
ньвм процессом (основность шлака 2,5—3) [23]. |
|
|
|
|||||||
Для |
средне- |
и |
высокоуглероди |
|
|
|
|
|||
стых сталей (при 0,2% |
С и выше) |
|
|
Таблица 6 |
||||||
содержание |
SFeO в шлаке |
перед |
Содержание |
углерода и (S FeO) |
||||||
раскислением колеблется в |
узких |
в шлаке перед раскислением, |
% |
|||||||
пределах. |
Значительное повышение |
|
|
|
|
|||||
содержания |
SFeO |
в шлаке |
наблю |
Углерод |
|
2 FeO |
|
|||
дается только при низких концент |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||
рациях углерода. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Другим фактором, определяю |
0,05—0,07 |
21 |
|
|||||||
щим концентрацию окислов железа |
0,08—0.09 |
18 |
|
|||||||
в шлаке, является его |
основность |
0,10—0,12 |
17,5 |
|
||||||
0.13—0,15 |
15 |
|
||||||||
(Ca0/Si02). |
|
|
|
|
|
0 16—0,19 |
13,5 |
|
||
Увеличение основности конечного |
0 20—0,30 |
11,5 |
|
|||||||
шлака с 2,4 до |
5,2 |
при |
выплавке |
0,30—0,40 |
10 |
|
||||
стали с 0,28 |
до 0,35% С вызывает |
|
|
|
|
|||||
необходимость повышения содержа
ния 2FeO с 12 до 20%. Это объясняется тем, что с повышением основности увеличивается связанность железокислородных ани онов катионами кальция с образованием в шлаке ферритов
кальция.
Третьим фактором, влияющим на содержание SFeO и закиси марганца в шлаке, которая, как и окислы железа, определяет окисленность шлака, является температура металла. Чем выше температура металла, тем сильнее раскислительная способности