Поведение фосфора при выплавке стали в конвертерах

Возможные варианты поведения фосфора при производстве стали в конвертерах показаны на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 – Варианты поведения фосфора при выплавке стали в конвертерах

В томасовском процессе при продувке высокофосфористого чугуна воздухом быстрое окисление фосфора наблюдалось только в заключительном периоде продувки при низком содержании углерода в металле (рисунок 7.2в).

Это объясняется тем, что при подаче воздушного дутья снизу и высоком коэффициенте использования кислорода на окисление примесей металла, доля кислорода, который расходуется на окисление железа не велика. Поэтому на протяжении всего I периода плавки концентрация в шлаке мала. Этим обусловлена малая скорость растворения в шлаке кусковой извести, низкая его основность и высокая вязкость. Только в конце продувки в периоде II, когда содержание углерода в металле становится меньше 0,1%, кислород воздушного дутья начинает интенсивно расходоваться на окисление железа. В сочетании с высокой температурой заключительного периода плавки это создает условия для быстрого роста основности шлака, снижения его вязкости, в результате чего на протяжении 2 – 3 минут продувки концентрация фосфора в металле уменьшается до необходимого уровня.

Аналогичное поведение фосфора наблюдается и в современных кисло-родных конвертерах донного дутья при наведении шлака с использованием кусковой извести. Для дефосфорации металла с высоким содержанием углерода вместе с кислородом через донные фурмы приходится вдувать порошкообразную известь. При этом шлаки системы , которые образуются в первичной реакционной зоне, обеспечивают дефосфорацию металла независимо от состояния конвертерного шлака. Однако, использование этой технологии требует сложного оборудования, чем обусловлены высокие затраты на выплавку металла.

В кислородных конвертерах верхнего дутья (рисунки 7.2а и 7.2б) шлаки с высоким содержанием оксидов железа достаточно просто могут быть получены в начальном периоде плавки. С этой целью продувку начинают при большой высоте фурмы над уровнем металла, ступенчато опуская фурму в рабочее положение после нескольких минут продувки.

В этих условиях при переработке низкокремнистого чугуна через короткий промежуток времени I концентрация фосфора в металле начинает уменьшаться. При этом, если низкая вязкость шлака поддерживается добавками плавикового шпата или благодаря высокому содержанию оксидов железа и марганца в нем, фосфор стабильно окисляется на протяжении большей части продувки (период II, рисунок 7.2а) и только при низких его концентрациях в III периоде плавки скорость дефосфорации постепенно начинает уменьшаться.

Такой характер поведения фосфора может наблюдаться при переработке как передельных, так и фосфористых чугунов. Это происходит благодаря возможности поднимая или опуская фурму регулировать содержание в шлаке оксида железа, который не только является одним из двух компонентов шлака, необходимых для дефосфорации, но и обеспечивает необходимую вязкость шлака.

Однако высокая окисленность и низкая вязкость могут быть причиной вспенивания и выбросов шлака. Поэтому при выплавке металла в конвертерах верхнего дуться в середине продувки часто избегают подъема фурмы (рисунок 7.2б). При этом во время интенсивном обезуглероживания ванны в III периоде возможно образование «сухого» шлака. При этом уменьшается основность жидкой фазы шлака и увеличивается его вязкость, что может быть причиной уменьшения скорости или полного прекращения дефосфорации в этом периоде плавки.

В периоде IV при низком содержании углерода в металле увеличивается доля кислорода, который расходуется на окисление железа ванны. При этом увеличивается окисленность шлака и вновь появляются условия для дефосфорации металла.

При выплавке высокоуглеродистой стали по технологии, которая предусматривает прекращение продувки на марочном содержании углерода, появления «сухого» шлака следует избегать, так как его разрежение в конце продувки может не закончиться и содержание фосфора в металле окажется выше заданного.