РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛИ ЖИДКИМИ ШЛАКАМИ

Анотація

В ХХI веке, как и предполагалось [1], сталь остается основным наиболее востребованным конструкционным материалом. При ее производстве неизбежно образуется большое количество технологических отходов, в том числе и в основном это сталеплавильные шлаки (от 100 до 300 кг/т стали). При выплавке 1 т кислородно-конвертерной стали со шлаком теряется до 40 кг железа в виде оксидов, скрапин и корольков [2], а также минеральная составляющая шлака. В связи с этим представляется актуальной и необходимой разработка новых технологий, включающих повторное использование сталеплавильных шлаков при производстве металлопродукции. Одним из направлений энергосбережения является применение для рафинирования стали активных шлаковых расплавов, которые формируют в сталеразливочном ковше с использованием жидких конечных шлаков и твердых кусковых шлаковых смесей на основе СаО с добавками различных компонентов. Полезное использование теплового и физико-химического потенциала этих шлаков может быть осуществлено формированием рафинировочного шлакового расплава в сталеразливочном ковше по ходу выпуска плавки или синтезированием его в специальном агрегате – шлаковом реакторе конвертерного типа, позволяющем разделить шлаковый расплав и металлический продукт восстановительного рафинирования шлака. В работе [3] автор показал, что до 20 % от общего количества тепла, расходуемого на плавку, уходит на формирование шлака при его образовании в количестве 100 кг/т стали. Cохранение физического тепла жидких сталеплавильных шлаков, которое по нашим расчетам составляет в среднем 2,0 ГДж/т шлака, является несомненным преимуществом применения их в металлургическом производстве.
Эффективность рафинирования стали исследовали при десульфурации конвертерной стали 10Г2ФБ, предназначенной для газопроводных труб большого диаметра. Обычно эффективность десульфурации металла при рафинировании обработкой добавочными материалами связывают с кислородными потенциалами металлической и шлаковой фаз, формированием основных шлаков и характеризуют термодинамическим или фактическим коэффициентом распределения серы между фазами и сульфидной ёмкостью шлака , связанных между собой известной зависимостью
, (1)
где (S), [S] и α[O] – содержание серы в шлаке, в металле и активность кислорода в металле, соответственно.
Для реакций обменного типа, учитывая, что активность серы в шлаке α(S2-) по определению где - коэффициент активности серы в шлаковой фазе, получаем выражение для константы равновесия реакций
, (2)
где P{o2} и P{s2} – парциальные давления кислорода и серы в газовой фазе.
Из определения сульфидной емкости шлака с учетом уравнения (2) получаем
. (3)
Для стали 10Г2ФБ, выплавленной с применением для рафинирования активных шлаковых расплавов, получено, что с увеличением от 0,01 до 0,05 величина увеличивается с 30 до 42.