Дефосфорация металла и ее особенности во время расплавления в сверхмощных ДСП

Оксиды железа играют двоякую роль в процессе дефосфорации:

• с одной стороны высокое содержание оксида железа в шлаке способствует процессу окисления фосфора до образования оксида;
• с другой стороны избыток оксида железа в шлаке приводит к образованию неустойчивых фосфатов железа, которые легко разрушаются при повышении температуры и фосфор переходит обратно в металл.

Поэтому должно быть оптимальное соотношение между концентрациями СаО и FeO в шлаке, при котором наблюдается максимальная степень дефосфорации. Исследования показали, что наибольшая степень дефосфорации достигается при соотношении (СаО)/(FeO)=3, и немного увеличивается при увеличении основности шлака.

Для сокращения общей длительности плавки в ДСП целесообразно операцию дефосфорации перенести из окислительного периода в период плавления. Особенно это актуально для сверхмощных дуговых печей по двум причинам

1. для более полного использования установленной электрической мощности печи;
2. в виду быстрого нагрева металла и наличия благоприятных для удаления фосфора температурных условий только в период плавления.

Среднее содержание фосфора в шихте ДСП обычно не превышает 0,05%, но может быть и больше, до 0,1%, при большой доле используемых товарного лома и чугуна. Фосфор в металле окисляется оксидами железа шлака и прочно связывается в нем известью. Чем больше оксидов железа в шлаке и выше его основность, выражаемая отношением (СаО)/(SiO₂), тем полнее фосфор переходит в шлак Испытания передвижной электротехнической лаборатории. Значительно меньшее влияние оказывает температура, так как протекает период расплавления и температура жидких фаз имеет небольшой перегрев над температурой солидус для металла.

При обычных для шлака конца плавления содержании железа в виде оксидов 10 - 16%, основности в пределах 2,2 - 2,5 и 4 - 6% количества шлака в печи, в шлак переходит от 70 до 80% всего фосфора шихты.

В высокопроизводительных печах процесс дефосфорации должен быть завершен не в окислительный период плавки, как это предусматривала традиционная технология, а к концу плавления. Это обеспечивается:

• ранним шлакообразованием, загрузкой вместе с ломом 1 - 3 кг/т руды или окисленных окатышей,
• образованием хорошо вспененного шлака,
• большим количеством шлака в печи, основность которого не должна быть меньше 2,2 - 2,5.

С целью обеспечения раннего шлакообразования большую часть руды или окатышей (твердых окислителей) загружают с последней порцией подвалки.

Благодаря высокой мощности электрических дуг твердые окислители быстро переходят в жидкое состояние. В шлак периода плавления также переходят оксиды, образовавшиеся после окисления элементов шихты (алюминий, кремний, марганец, железо). Этот шлак растворяет в себе оксиды СаО и MgO, которые поступают из извести и футеровки печи. Для быстрого растворения извести необходимо следующее:

• первоначальный шлак плавления должен быть жидкоподвижным;
• известь должна быть свежей и порошкообразной – размер частиц 4 – 5 мм.

О завершенности дефосфорации можно судить по содержанию фосфора в предварительной и первой пробах металла, взятых из печи. Если его содержание менее 0,010 - 0,015%, то дефосфорацию можно считать завершенной.

Количество самопроизвольно удаляемого из печи шлака во время плавления постоянно компенсируется добавками шлакообразующих, в частности, извести, загружаемых в печь через свод или с помощью бросковой машины. Обновление состава шлака гарантирует и от некоторого восстановления фосфора из шлака к концу окислительного периода из-за роста температуры системы шлак - металл.

Для ускорения процесса шлакообразования в период плавления и создания условий для более быстрого расплавления металлической шихты при эксплуатации сверхмощных ДСП и выплавки одного сортамента сталей практикуется схема работы с оставлением в печи части металла и шлака от предыдущей плавки.

Типичный состав шлака конца периода плавления для сверхмощной ДСП большой емкости:

Фосфор из шлака может восстановиться при раскислении стали марганцем, кремнием и, особенно, алюминием. Для предотвращения восстановления фосфора из шлака, последний скачивают из печи перед окончательным раскислением стали.