3.1.3 Скорость реакций во вторичной реакционной зоне и способы ее регулирования

В пункте 3.1.1 показано, что в первичной реакционной зоне вдуваемый в ванну кислород расходуется преимущественно на окисление железа. Образовавшийся при этом FeO частично растворяется в металле по реакции (3.5), а оставшееся его количество поступает в шлак.

Во вторичной реакционной зоне протекает перераспределение кислорода между оксидами железа шлака и примесями металла, обладающими более высоким химическим сродством к кислороду в сравнении с железом. Скорость перераспределения кислорода зависит от интенсивности перемешивания металла и шлака, которую в первом приближении можно охарактеризовать мощностью перемешивания ванны всплывающими пузырями оксида углерода.

При подъеме пузырей CO с начальной глубины H к поверхности металла мощность перемешивания металла в результате изотермического расширения газа можно определить из уравнения

Анализ уравнения (3.12) показывает, что при неизменной интенсивности продувки мощность перемешивания ванны определяется скоростью окисления углерода и глубиной проникновения струи кислорода в металл. При помощи этого уравнения можно объяснить ряд явлений, которые наблюдаются при рафинировании металла продувкой кислородом:

1. Для обеспечения высокой скорости растворения извести в шлаке в начальном периоде кислородно-конвертерной плавки необходимо получить шлаки с высоким содержанием FeO.

С этой целью продувку начинают при помощи фурмы, расположенной над уровнем спокойного металла на высоте 1,5 – 3,0 м. При этом уменьшается глубина проникновения струи кислорода в расплав, снижается интенсивность перемешивания металла и шлака и скорость реакций во вторичной реакционной зоне. Это способствует обогащению шлака поступающими из первичной реакционной зоны оксидами железа.

2. При выплавке стали в кислородных конвертерах в середине продувки обычно наблюдается значительное понижение содержания FeO в шлаке.

Это явление объясняется тем, что в середине продувки основное количество вдуваемого в ванну кислорода расходуется на обезуглероживание расплава. При этом увеличивается количество выделяющегося из ванны газа, повышается интенсивность перемешивания металла и шлака и скорость реакций во вторичной реакционной зоне.

3. При выплавке стали в кислородных конвертерах после подачи в расплав расчетного количества кислорода возможна ситуация, когда концентрация углерода в металле соответствует марке выплавляемой стали, а температура металла не позволяет нормально провести операции выпуска и разливки. При этом возникает необходимость в дополнительной продувке, которая позволит нагреть металл без значительного изменения концентрации углерода.

Эта задача решается продувкой металла при помощи фурмы, расположенной на большой высоте над уровнем расплава. При этом в первичной реакционной зоне окисляется железо и за счет тепла, выделяющегося при протекании этой реакции, происходит нагрев ванны. А малая скорость реакций во вторичной реакционной зоне способствует обогащению шлака оксидами железа при незначительном изменении химического состава металла.

4. При выплавке стали в кислородных конвертерах донного дуться окисленность шлака при прочих равных условиях значительно ниже, чем в конвертерах верхнего дутья.

Это объясняется тем, что при продувке металла кислородом через донные фурмы струя кислорода проникает в расплав на максимально возможную глубину. При этом интенсивное перемешивание ванны способствует высокой скорости реакций во вторичной реакционной зоне, что ведет к понижению концентрации FeO в шлаке.

Уменьшение содержания FeO в шлаке наблюдается также в конвертерах комбинированного дутья при использовании дополнительной продувки ванным газом через днище и др.

3.1.3 Скорость реакций во вторичной реакционной зоне и способы ее регулирования