Окислительный период в дуговой сталеплавильной печи (ДСП)
Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

Окислительный период в дуговой сталеплавильной печи (ДСП)

Задачами окислительного периода плавки в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) являются:

  • снижение содержания фосфора ниже допустимых пределов в готовой стали;
  • возможно полное удаление растворенных в металле газов (водорода);
  • нагрев металла до температуры, превышающей на 120—130°С температуру ликвидуса;
  • приведение ванны в стандартное по окисленности состояние, если плавку ведут без восстановительного периода, то в окислительный период нужно также удалить из металла серу до содержания ниже допустимого предела.

Окисление фосфора осуществляют присадками железной руды с известью.

Начинать присадку руды следует после предварительного подогрева металла, чтобы сразу же после введения руды началось окисление углерода и кипение металла. Руду и известь необходимо загружать равномерными порциями, поддерживая интенсивное кипение металла. Шлак в этот период должен быть пенистым, жидкоподвижным и самотеком сходить через порог рабочего окна.

Обеспечение самопроизвольного стекания и обновления шлака в условиях непрерывного повышения температуры металла необходимо для эффективного удаления фосфора.

Присаживать очередную порцию руды и извести необходимо при уменьшении интенсивности кипения металла, вызванного предыдущей порцией.

Введение крупных порций нежелательно, так как это может вызвать охлаждение металла и кипение будет слабым. Избыток в ванне непрореагировавшей руды при последующем повышении температуры может вызвать бурное окисление углерода и привести к выбросу металла и шлака из печи. Во избежание этого руду нужно присаживать так, чтобы скорость окисления углерода поддерживалась в пределах 0,4 - 0,6 %/ч в начале периода и 0,2 - 0,3 %/ч в конце.

Для контроля за ходом окислительных процессов регулярно через каждые 5 - 10 мин отбирают пробы металла, в которых контролируют содержание фосфора и углерода. При содержании фосфора < 0,02 % окисление рудой можно прекратить. Правильно организованный температурный режим окислительного периода, постоянное обновление шлака при поддержании основности в пределах 2,7 - 3 и высоком содержании в нем FеО (15 - 20%) позволяют без особых затруднений понизить содержание фосфора до 0,010—0,012 % и менее.

Быстрому снижению содержания фосфора способствует продувка металла порошкообразной известью.

Технологическими инструкциями обычно предусматривается, чтобы за период кипения было окислено > 0,3 % С при выплавке высокоуглеродистой стали, содержащей > 0,6 % С, и > 0,5 % С при выплавке средне- и низкоуглеродистой стали. Для крупных печей эти количества могут быть несколько уменьшены. Окисление такого количества углерода необходимо для дегазации металла. Процесс обезуглероживания металла целесообразно интенсифицировать.

Очень высокие скорости окисления углерода позволяет получить продувка металла газообразным кислородом. Так, в печи емкостью 40 т и при расходе кислорода 1200 м3/ч скорость окисления углерода составляет 3 - 4 %/ч при содержании его в пределах 0,9—1,0,% и 0,7—0,8 %/ч при содержании 0,2% С, причем скорость обезуглероживания возрастает с увеличением интенсивности продувки.

Окисление углерода газообразным кислородом позволяет сократить длительность окислительного периода, благодаря чему при расходе кислорода 4 - 7 м3/т на 5 - 10 % увеличивается производительность печей и на 5 - 12.% снижается расход электроэнергии. Для уменьшения угара железа продувку ванны кислородом следует начинать после нагрева металла и проводить ее при включенной печи. После начала окисления углерода благодаря большому тепловому эффекту этой реакции (см. табл. 6.1) температура металла быстро возрастает, поэтому в момент появления пламени печь необходимо отключить.

Таблица - Тепловой эффект и повышение температуры t ванны при окислении 1 % элемента газообразным кислородом

Тепловой эффект и повышение температуры t ванны при окислении 1 % элемента газообразным кислородом

В процессе продувки отбирают пробы металла, в которых контролируют содержание углерода. К концу продувки содержание углерода должно быть немного меньше нижнего предела для заданной марки, в результате чего с учетом углерода, вносимого ферросплавами и электродами, обеспечивается получение заданного содержания его в металле. Однако для предотвращения переокисления металла содержание углерода к концу окисления не должно быть < 0,1 %, исключение составляет выплавка стали, в которой углерод является нежелательной примесью. Для стали таких марок стандартами устанавливается только верхний предел содержания углерода.

Содержание марганца в окислительный период обычно не регламентируют. Реакция окисления марганца в этот период близка к равновесной, поэтому нормальный ход плавки с необходимым повышением температуры к концу периода сопровождается восстановлением марганца из шлака. В окислительный период окисляется и хром, причем значительное его количество окисляется еще в процессе плавления. Скачивание шлака периода плавления и постоянное его обновление в течение окислительного периода способствуют дальнейшему окислению хрома и потере его со шлаком.

Тугоплавкие оксиды хрома сильно понижают текучесть шлака и затрудняют процесс окисления фосфора, поэтому использование хромистых отходов на плавках с полным окислением нецелесообразно. Однако иногда с целью использования содержащихся в шихте никеля и молибдена во время завалки дают некоторое количество хромоникелевых и хромоникельмолибденовых отходов в таком количестве, чтобы содержание хрома в первой пробе не превышало 0,4 %.

Интенсификация окисления газообразным кислородом позволяет быстро повысить температуру металла до заданной. Однако при продувке кислородом возможен перегрев металла, что отрицательно влияет на состояние футеровки, ухудшает условия дефосфорации и может привести к увеличению в металле содержания азота. Чтобы не допустить перегрева металла, его охлаждают при необходимости железной рудой.

После присадки последней порции руды или окончания продувки кислородом делают выдержку в течение не менее 10 мин, необходимую для приведения металла в стандартное по окисленности состояние. Во время выдержки отбирают пробу на анализ и измеряют температуру металла. Общая продолжительность окислительного периода составляет 40 - 70 мин, а в случае применения газообразного кислорода она может быть сокращена до 30 мин. В окислительный период удаляется 40 - 60 % серы, вносимой шихтой. Успешной десульфурации способствует высокая основность шлака (не менее 2,7 - 2,8) и его постоянное обновление. Благоприятные условия для удаления серы в окислительный период создаются при введении вместе с кислородом порошкообразной извести.