Дефосфорация металла и ее особенности во время расплавления в сверхмощных ДСП
Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

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. 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:

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.