Проведение окислительного периода. Задачи решаемые в окислительный период. Технологические приемы решения задач.

Задачи окислительного периода: уменьшить содержания в металле фосфора до 0,01-0,015%; уменьшить содержание в металле водорода и азота; нагреть ме до температуры, близкой к температуре выпуска(на 120-130град выше температуры ликвидуса); окислить углерод до нижнего предела его требуемого содержания в выплавляемой стали. Особо важную роль в этом периоде играет процесс окисления углерода, поскольку с образующимися при этом пузырями СО удаляются растворенные в ме водород и азот, и пузыри вызывают перемешивание ванны, ускоряющее нагрев металла и удаление в шлак фосфора.

Окисление примесей ведут. Используя либо железную руду(окалину), либо газообразный кислород.

Окислительный период начинается с того что из печи сливают 65-75 % шлака, образовавшегося в период плавления. Шлак сливают не выключая ток. Удалив шлак, в печь присаживают шлакообразующие: 1-1,5% извести и при необходимости 0,15-0,25% плавикового шпата(CaF2), шамотного боя или боксита(Al2O3).

После сформирования жидкоподвижного шлака в ванну в течении всего окислительного периода вводят порциями железную руду с известью либо ведут продувку кислородом. Общий расход руды составляет 3-6,5% от массы металла.

В течении всего окислительного периода идет дефосфорация металла по реакции:

2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO*P2O5)+5Fe+767290 Дж/моль

Для успешного протекания реакции необходимы высокие основность шлака и концентрация оксидов железа в нем, а также пониженная температура. Коэф распределения фосфора между шлаком и металлом изменяется в пределах 50-100.

Из-за высокого содержания оксидов железа в шлаках окислительного периода условия для протекания десульфурации являются неблагоприятными, и десульфурация получает ограниченное воздействие.

Окислительный период заканчивается тогда, когда углерод окислен до нижнего предела его содержания в выплавляемой марке стали, а содержание фосфора снижено до 0,01-0,015%. Период заканчивают сливом окислительного шлака, который производят путем наклона печи в сторону рабочего окна, а так же вручную с помощью деревянных гребков, насаженных на длинные железные прутки. Полное скачивание окислительного шлака необходимо. Чтобы содержащийся в нем фосфор не перешел обратно в металл во время восстановительного периода.

 

Способы интенсификации периода расплавления и окислительного (обосновать).

1) Увеличение мощности источника питания ДСП

2) Подогрев металлической шихты (подогрев лома)

Увеличение T_лома на 400 ⁰C приводит к снижению W_уд примерно на 50 кВт·ч/т (700 ⁰C → 100–112 кВт·ч/т)

3) Использование нетрадиционных шихтовых материалов:

- окатыши ↑ W_уд ~ 10%

- карбид железа ↓ W_уд ~ 100 кВт·ч/т

4) Использование жидкого чугуна (до 30–50%)

30% ж.ч. → W_уд ~ 380 кВт·ч/т

50% ж.ч. → W_уд ~ 250 кВт·ч/т

5) Использование пенистых шлаков (высотой до 0,5 м)

6) Использование дополнительного O₂ для окисления CO→CO₂.

Q₁ 1/3 общей теплотворной способности ДСП.

 Q₂ 2/3 общей теплотворной способности ДСП.

1 м³ O₂ → ↓ W_уд ~ 3 кВт·ч/т; ↓ τ _пл ~ 1,5 мин

Растворимость и предельная растворимость кислорода в железе. Содержание кислорода в металле после окислительного периода в ДСП.

Прямое определение  затруднено ввиду его малых величин (10^-8 атм.), поэтому его находят посредством смеси H2+H2O, для которой  легко рассчитывается. Как показывают результаты экспериментов, равновесная концентрация O2 в жидком железе при относительно небольших его содержаниях линейно зависит от квадратного корня из давления O2 в газовой фазе. Эта зависимость, которую принято называть законом Сивертса, согласуется с выражением для константы равновесия реакции:

Это свидетельствует о том, что процесс растворения протекает в соответствии с написанной реакцией – т.е. сопровождается диссоциацией молекул на атомы.

В области повышенных содержаний кислорода, наблюдается отклонение от закона Сивертса. Эти отклонения можно количественно выразить зависимостью коэффициента активности:  

Увеличение равновесной концентрации кислорода в расплаве при возрастании  ограничено образованием пленки оксида.

При постоянной температуре появление третьей фазы в 2х-компонентной системе делает ее нонвариантной, и если равновесной 3х-фазной системе повысить давление кислорода, то его концентрация в расплаве не изменится. Система вернется к равновесному состоянию вследствие связывания избытка кислорода в оксид.

Чтобы отличить растворимость кислорода (в 2х-фазной области) от концентрации его в равновесии с оксидом, последнюю называют пределом растворимости. Т.о. растворимость и предел растворимости представляют собой совершенно различные понятия, которые характеризуют разные состояния равновесия.

Растворение газообразного кислорода в железа сопровождается сильным тепловыделением и, следовательно, отрицательной зависимостью растворимости от температуры.

Процесс растворения кислорода в железе из оксидной фазы сопровождается поглощением тепла -> предел растворимости кислорода увеличивается с увеличением температуры.

Известно, что при растворения кислорода в жидком железе оксиная фаза появляется при очень низком парциальном давлении (около 10Е-2 атм.)

 

На рисунке представлена зависимость концентрации кислорода от корня парциального давления. Наклонные линии соответствуют равновесию растворенного в металле кислорода с газовой фазой. Точки перегиба отвечают давлениям, при которых образуются оксиды данных металлов. При заданном значении парциального давления для металла с большим химическим сродством к кислороду характерна более высокая концентрация растворенного кислорода. Вместе с тем, чем больше химическое сродство данного металла к кислороду, тем при более низких парц. давлениях происходит образование оксидной фазы. Если к металлу прибавить некоторое количество раскислителя R, то оксидная фаза появится при более низком давлении кислорода.

При небольших концентрациях R роль знаменателя проявляется сильнее и концентрация кислорода с увеличением R убывает. В дальнейшем (после точки минимума) роль экспоненты возрастает и это приводит к увеличению концентрации растворенного кислорода.

По увеличению раскислительной способности элементы можно расположить в следующей последовательности: Ni, Fe, Mn, Si, Al. В этом ряду каждый последующий элемент будет раскислителем по отношению к предыдущему.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: