Теоретические основы металлургического производства
  12.4 Изменение содержания кремния в металле по ходу плавки

Изменение концентрации кремния в металле в ходе мартеновской плавкиВ качестве примера на рисунке 12.1 показано изменение концентрации кремния в металле по ходу плавки в мартеновских печах с основной и кислой футеровкой.

Рисунок 12.1 – Изменение концентрации кремния в металле в ходе мартеновской плавки: 1 – кислый процесс (а – кремневосстановительный, б – промежуточный, в – активный); 2 – основной процесс

При выплавке металла в агрегатах с основной футеровкой в начальном периоде плавки происходит быстрое окисление кремния. Окислению кремния по реакции (12.1) способствуют относительно низкая температура и высокое содержание оксидов железа в шлаке.

В дальнейшем по ходу плавки температура ванны увеличивается. Повышение температуры создает предпосылки для протекания экзотермической реакции (12.1) в направлении восстановления кремния. Однако по мере роста температуры увеличивается растворимость извести в шлаке. Повышение основности шлака сопровождается уменьшением активности (SiO2), что способствует более полному обескремниванию металла. Практика показывает, что влияние основности шлака на полноту протекания реакции (12.1) оказывается доминирующим. Поэтому окислившийся в начальном периоде плавки кремний в дальнейшем не восстанавливается, составляя обычно 0,01 – 0,02% («следы»).

Такое остаточное содержание кремния в металле не оказывает существенного влияния ни на ход плавки, ни на качество готовой стали обычных марок. Поэтому наличием остаточного содержания кремния в металле обычно пренебрегают, считая, что в основных процессах в результате окислительного рафинирования происходит полное окисление кремния. В действительности в соответствии с основными закономерностями поведения элементов в сталеплавильных ваннах по ходу плавки кремний в указанных количествах всегда присутствует в металле. Это необходимо учитывать, когда в готовой стали кремний является нежелательной примесью.

В кислом мартеновском процессе в начале плавки также наблюдается быстрое окисление кремния, которому способствуют относительно низкая температура и высокое содержание оксидов железа в шлаке. Однако, ввиду высокой активности кремнезема в кислых сталеплавильных шлаках реакция (12.1) достигает равновесного состояния при содержании кремния в металле около 0,05%. В конце периода плавления и при доводке плавки повышение температуры ванны и уменьшение окисленности шлака способствует восстановлению некоторого количества кремния.

Содержание кремния в металле при доводке плавки в кислых мартеновских печах может существенно меняться в зависимости от технологии ее ведения.

Существует мнение, согласно которому восстановление кремния по ходу плавки вредно для качества стали, так как увеличение концентрации кремния способствует поглощению металлом газов из атмосферы. Поэтому при выплавке стали в кислых мартеновских печах активным процессом при доводке плавки в ванну присаживают железную руду и известняк, увеличивая содержание (CaO) до 10 – 15%. При этом охлаждение ванны, повышение окисленности шлака, уменьшение активности (SiO2), а также снижение вязкости шлака и увеличение скорости поступления кислорода в металл из газовой фазы агрегата позволяет к концу плавки получить металл с содержанием кремния около 0,1%.

Особенность кремневосстановительного варианта кислого мартеновского процесса заключается в том, что доводка плавки проводится без рудного кипения. По ходу доводки на поверхность шлака присаживают песок или кварцит, увеличивая содержание (SiO2) до 55 – 60%. При этом увеличивается активность (SiO2), повышается вязкость шлака и уменьшается скорость массопередачи кислорода из газовой фазы печи в металл. В сочетании с нагревом ванны до 1650оС и выше эти мероприятия способствуют восстановлению кремния до 0,3 – 0,4%.

Сторонники кремневосстановительного варианта считали, что восстановление кремния и марганца при доводке плавки обеспечивает получение более чистой стали. Предполагалось, что чем меньше масса вводимых в металл ферросплавов, тем меньше загрязняющих металл шлаковых включений попадает в сталь в их составе. Кроме того, считалось, что повышение вязкости шлака присадками песка уменьшает скорость поступления газов в металл из атмосферы печи.

При выплавке кислой мартеновской стали по промежуточному варианту начало периода доводки проводят так же, как в активном процессе, но в заключительной части этого периода не препятствуют восстановлению кремния из подины и шлака.

В кислых сталеплавильных процессах восстановление кремния при высоких температурах заключительного периода плавки наблюдается также и при продувке металла воздухом. Например, в бессемеровском процессе ввиду малой продолжительности плавки шлак не успевал насыщаться кремнеземом. При этом содержание кремния в металле в конце плавки достигало 0,1 – 0,2%.

  12.4 Изменение содержания кремния в металле по ходу плавки
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ