Влияние интенсивности продувки расплава в сталеразливочном ковше на скорость вторичного окисления алюминия

В.М. Сафонов, Д.В. Проскуренко, К.Е. Писмарев
УДК 669.168

Введение и анализ публикаций по теме исследования

Для снижения содержания кислорода в металле к 0,002% вводят сильный раскислитель (алюминий), концентрация которого в стали должна быть на уровне 0,02-0,04%. Однако в течение обработки происходит непрерывное снижение содержания алюминия в металле за счёт неуправляемого его окисления, что создаёт трудности получения стали требуемого химического состава.

Как показывает практика, вторичное окисление алюминия, является следствием нарушения технологии выпуска металла из конвертера, когда в ковш вместе с металлом попадает шлак с высоким количеством оксидов железа и марганца, а также в результате переливов из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш МНЛЗ и далее в кристаллизатор.

Зависимость кинетики вторичного окисления алюминия рассматривается от концентрации взаимодействующих веществ в работах [1, 2]. Однако и скорость циркуляции расплава металла в ковше также способна оказывать влияние на поведение растворенного в стали алюминия. [3, с.164]. Анализ доступных исследований указывает на то, что существует потребность в исследовании зависимость скорости вторичного окисления алюминия от интенсивности продувки и степени окисленности шлака.

Цель работы

Цель исследования получить закономерности скорости вторичного окисления алюминия в сталеразливочном ковше от интенсивности перемешивания и разной степени окисленности шлака.

Основная часть

В условиях кислородно-конвертерного цеха Алчевского металлургического комбината был проведен промышленных эксперимент, где из 300-тонного сталеразливочного ковша АКП высотой 4,75 м и верхним диаметром 3,81 м при пневматическом перемешивании расплава были отобраны пробы металла. Перемешивание в ковше осуществлялось вдуванием аргона через два огнеупорных продувочных блока, расположенных в его днище, с общим удельным расходом инертного газа от 0,2 до 1,2 м³/мин. Толщина шлакового слоя составляла 100 мм (3,5 – 4 тонн). Пробы отбирались после ввода в расплав алюминия с интервалом времени между ними 10-22 мин без ввода дополнительных раскислителей и легирующих. Температура ванны расплава составляла 1530 – 1580^oС.

Скорость вторичного окисления алюминия определяли как отношение разности концентрации алюминия между первой и второй пробами к интервалу времени их отбора. Химический состав металла представлен в табл. 1.

Таблица 1 – Химический состав стали, %_масс.

Сущность методики состояла в том, чтобы получить данные о скорости окисления алюминия в зависимости от общего удельного расхода вдуваемого газа и окисленности шлака. Поэтому пробы шлака также отбирались для химического анализа содержания в них оксидов железа и марганца. Химический состав шлака представлен в табл. 2.

Таблица 2 – Химический состав шлака (%_масс).

Начальный анализ полученных данных от удельного расхода газа, без учета степени окисленности шлака, показал большую беспорядочность и отсутствие какой-либо зависимости. Однако после классификации их по содержанию оксидов железа и марганца на группы менее 2% масс., более 2% масс. (2-4%) и более 6% масс. установлена определённая особенность в поведении алюминия ванны ковша (рис. 1).

Рисунок 1 - Зависимость скорости вторичного окисления алюминия стали от расхода аргона, при разной степени окисленности шлака.

На рис. 1 взаимодействующие вещества представлены в массовых процентах, а не в значениях их активностей. Согласно с результатами расчета активностей реагирующих компонентов в соответствующих фазах, изменение химического состава других, составляющих систему элементов, в диапазоне концентраций табл.1 и 2 не вызывает значительного изменения значений их активности. Изменение активности оксидов шлака и алюминия стали в большей степени связано с изменением их концентрации. Поэтому полагаем, что полученные результаты удобнее представить как зависимость от массовых концентраций.

Рассматривая, представленные на рис. 1 зависимости, следует отметить одну очень важную особенность в поведении алюминия, а именно наличие критической точки. Особенностью скорости вторичного окисления алюминия в этой точке является то, что при расходах газа правее критической точки происходит изменение кинетики вторичного окисления алюминия. Если в область правее критической точки проэкстраполировать докритические значения и соотнести их с реальными значениями этой области, то обнаружим различие в 1,5 – 2 раза.

Сравнивая между собой данные скорости вторичного окисления алюминия в каждой из двух областей графика зависимости на рис.1, можно отметить, что с увеличением содержания оксидов железа и марганца в шлаке, скорость окисления алюминия возрастает, но характер зависимости при этом практически не изменяется, и это свойственно для обеих областей.

Выводы

Таким образом, по промышленным данным были получены зависимости скорости вторичного окисления алюминия в сталеразливочном ковше от удельного расхода газа, а также степени окисленности шлака. Представленные зависимости указывают на то, что продувка металла в 300-т ковше с расходом выше критического значения (0,6-0,75 м³/мин), увеличивает скорость вторичного окисления в 1,5-2 раза. Увеличение содержания оксидов железа и марганца в шлаке увеличивает кинетику окисления алюминия в ковше в обоих режимах продувки, при этом практически не изменяет характера зависимости.

Результаты работы указывают на то, что существует возможность привести поведение алюминия в ванне ковша из слабо управляемого процесса к управляемому, путём регулирования интенсивности продувки и степени окисленности шлака, что имеет практическое значение для технологии внепечной обработки стали.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Плюшкель В. Кинетика окисления алюминия при продувке жидкой стали./ В. Плюшкель, В. Реденс, Э. Шюрман // Инжекционная металлургия 80. Лулеа, Швеция. 1980. Пер с англ. – М.: Металлургия, 1982. - С.116-128.
2. Lee K.Y. Rate of reoxidation of ultra-low carbon steel in contact with slag of various composition. / K.Y. Lee., J.M. Park, C.W. Park. //VII International Conference on Molten Slag Fluxes and Salts, The Souse African Institute of Mining and Metallurgy. - 2004, p. 601-606.
3. Поживанов М.А., Шахпазов Е.Х., Свяжин А.Г. Выплавка стали для автолиста. М.: Интерконтакт Наука, 2006. – 166c.

Надійшла до редакції 11.10.2011

Рецензент д.т.н., проф. О.М. Смірнов

© В.М. Сафонов, Д.В. Проскуренко, К.Е. Писмарев