Металлургия стали
  8.4 Флюсы сталеплавильных процессов

Флюсами называют материалы, которые вводят в состав шихты для формирования в сталеплавильных агрегатах шлаков, обладающих необходимым комплексом физических и технологических свойств. В качестве флюсов в основных сталеплавильных агрегатах чаще других применяются: известняк, известь, боксит, плавиковый шпат и др.

Известняк в больших количествах дается в завалку плавки при производстве стали в мартеновских печах скрап-рудным процессом, может также применяться в качестве охладителя конвертерной плавки.

Известняк является природной формой существования кальцита (CaCO3). При высоких температурах кальцит подвергается термической диссоциации по реакции

Реакция (8.13) протекает с поглощением большого количества тепла. Поэтому для улучшения теплового баланса плавки значительно выгоднее применение извести. Однако, производство извести в количествах, которые требуются для работающих скрап-рудным процессом мартеновских цехов, а также хранение ее в сухом виде весьма затруднительно. Поэтому, когда в завалку мартеновских печей необходим большой расход оксида кальция, обычно используют известняк.

При выплавке стали в мартеновских печах известняк обычно дают в завалку. В начальном периоде плавки интенсивность передачи тепла от факела к ванне достаточно высока, что позволяет за приемлемое время компенсировать потери тепла, связанные с термической диссоциацией известняка. Перемешивание ванны выделяющимся при диссоциации CaCO3 углекислым газом улучшает теплопередачу от факела к ванне. Кислород CO2, используемый примерно на 50%, ускоряет окисление примесей ванны, что позволяет уменьшить расход железной руды. Но все это не позволяет в полной мере компенсировать затраты тепла на разложение известняка, поэтому использование в завалку качественной извести обеспечило бы существенное сокращение длительности плавки.

При доводке плавки интенсивность передачи тепла от факела к ванне уменьшается, поэтому для наведения шлака в этом периоде плавки обычно используют известь.

Металлургические предприятия Юга Украины используют известняк Еленовского и Новотроицкого месторождений, который содержит: 51 – 54 % CaO, 2 – 4% (SiO2 + Al2O3), не более 0,04% серы и 0,01% фосфора. Доломитизированный известняк содержит до 14% MgO.

Известь получают в результате обжига известняка, который проводят в шахтных печах, вращающихся трубчатых печах, печах кипящего слоя и др. При использовании в качестве топлива для обжига известняка сернистого кокса содержание серы в извести может увеличиваться до 0,2 – 0,3%, что снижает ее ценность как десульфуратора. Высокое качество извести достигается при обжиге известняка с использованием природного газа.

Металлургические свойства извести в значительной мере определяются режимом обжига. Высокими свойствами обладает известь «мягкого обжига», которую быстро нагревают до высокой температуры и быстро охлаждают. В кусках такой извести присутствует большое количестве трещин и пор, что способствует высокой скорости растворения ее в шлаке. Если при обжиге известь длительное время выдерживают при высоких температурах, протекают процессы перекристаллизации, в результате чего металлургические свойства извести ухудшаются.

На воздухе известь активно взаимодействует с атмосферной влагой, превращаясь в гидрооксид кальция. Подача гидратированной извести в металлургические агрегаты нежелательна в связи дополнительными затратами тепла на термическую диссоциацию Са(ОН)2. Кроме того, такая известь вносит в ванну сталеплавильного агрегата большое количество водорода, а мелкий порошок гидрооксида кальция в больших количествах выносится из рабочего пространства агрегата. Поэтому хранить известь рекомендуется в закрытых бункерах. Желательно также, чтобы от окончания обжига извести до подачи ее в сталеплавильный агрегат проходило не более суток.

Когда выполнение этих требований затруднительно, применяется «недопал» – продукт неполного обжига известняка, который содержит 80 – 85% CaO, до 4,0% SiO2 и 10 – 14% CO2. Такой материал медленнее поглощает влагу, чем полностью обожженная известь.

При доводке плавки в мартеновских печах известь может применяться в кусках размером до 150 мм. При выплавке стали в конвертерах рекомендуется использовать известь в кусках размером 10 – 50 мм, что обеспечивает достаточно полное растворение ее в шлаке и уменьшает вынос при продувке.

Боксит используется для ускорения шлакообразования и получения необходимой вязкости шлака при выплавке стали в мартеновских печах. Основными составляющими боксита являются Al2O3, Fe2O3 и SiO2. Так, например, боксит марки Б-6 для мартеновского производства должен содержать не менее 37% Al2O3, не более 0,2% S, не более 0,6% (P2O5, Al2O3)/ SiO2 >2,1.

Благоприятное влияние боксита на свойства шлака связано с наличием в нем глинозема. Отрицательной особенностью боксита является высокое содержание кремнезема, которое способствует увеличению количества шлака и понижению стойкости футеровки агрегата. Поэтому желательно использование боксита с содержанием кремнезема не более 10 – 12%.

Обычно, чтобы избежать значительных потерь при транспортировке, боксит увлажняют, содержание влаги в нем может составлять 10 – 20%. Поэтому перед подачей в сталеплавильные агрегаты боксит должен подвергаться сушке.

Плавиковый шпат является природной формой существования флюорита (CaF2). Обычно плавиковый шпат содержит 90 – 95% CaF2 и не более 5% SiO2.

Присадки плавикового шпата увеличивают скорость растворения извести, способствуя формированию подвижного высокоосновного шлака. Однако, дефицитность и высокая стоимость плавикового шпата ограничивает возможности широкого его применения. По этой причине плавиковый шпат применяется, главным образом, при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах. Значительно реже в количествах до 1 – 2% от массы металла его применяют при производстве стали в кислородных конвертерах по двухшлаковой технологии.

  8.4 Флюсы сталеплавильных процессов
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ