Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

9 10

12 13 14

Химический и минералогический состав проб шлака, „тобранных по ходу плавки нержавеющей стали

Химическ! il

Таблица 8

Момент отбора пробы

Место отбора пробы

Si О.,

TiOj

Сг.Оз

По расплавлении шихты ........

В начале продувки ванны кислородом . . . . В середине продувки В конце продувки ванны кислородом .....

15,26

15,48

Пробы по высоте шлакового покрова *, отобранные в период раскисления шлака I после дачи 4000кгФХ005, 250 кг извести, 500 кг дробленого Cu45, проплавления пх и перемешивания ванны

Пробы по высоте шлакового покрова *, отобранные в период раскисления шлака I, после дачи 70 кг Си 75, 85 кг порошка алюминия и перемешивания ванны .........

После раскисления шлака 1, в начале скачивания его.......

Из верха шлаковни, через 20-25 мин после скачивания шлака I . . Перед скачиванием шлака И **.......

Перед выпуском плавки **.....

Верх

Середина

8,66

6,08

5,15

3,30

20,05

20,19 26,00

31,04

Верх

Середина

12,30 15,36

14,18

6,64 10,90

11,48

* При общей высоте шлакового покрова около 100 мм пробы 5 н 8 отобраны шлака.

Содержание CaFj в пробе 13 составило 1,4%, в пробе 14-20,8%, а содержа-и 25,0% соответственно.

«а расстоянии примерно 10 мм, 6 и 9 - 45 мм, 7 и 10 - 70 мм от поверхности пне Сесхромнстого бесцветного стекла 69,0 и 50,0%. бесхромнсюй шпинели 10,0

0,9 1,5 2,1 2,7 (Ca0-ng0)/Si02

<3.3

сплава AMC способствует повышению раскислительной способности кремния [49].

Существенного улучшения восстановления окислов хрома можно добиться, еслихнизить активность кремнезема за счет повышения основности шлака. На рис. 15, 16 приведена зависимость между суммарным содержанием хрома, а также хрома, марганца и железа в шлаке и основностью шлака (СаО-Ь +MgO)/Si02.

Важную роль в процессах восстановления окислов хрома играет перемешивание металла. Нами была экспериментально установлена большая неоднородность по высоте шлака и металла. Поэтому, несомненно, эффективно применение электромагнитного и механического перемешивания. Наиболее радикальным способом является выпуск плавки после продувки кислородом вместе со шлаком в ковш, куда предварительно вводятся раскислители. Применение перелива металла и шлака в ковш и обратно в печь позволяет в весьма короткое время интенсивно провести рафиии-рованне стали и шлака, обеспечить высокую восстановительную способность кремния и увеличить расход раскислителей без повышения их содержания в металле. Для повышения поверхности реагирования раскислителя со шлаком необходимо, чтобы раскислители были в виде порошка или мелкпх гранул,

Рис. 15. Зависимость между суммарным содержанием хрома в шлаке и его основностью. Пробы отбирались:

/ - после раскисления шлака ! в начале его скачивания; 2 - перед скачиванием шлака !1

Г"

>?е 20 I ГО

0,9 15 2,1 2,7 (Ca0*f1g0)/Si02

Рнс. 16. Зависимость между содержанием хрома, желоза и марганца в шлаке н его основиостью (обозначения тс же, что н на рис. 15)

0,20

0,16

0,12

0,08

0,04

Для улучшения, условий диффузионного раскисления шлака необходимо также предварительное осадочное раскисление металла сразу же по окончании продувки, так как высокое содержание кислорода в металле в конце продувки (рис 17) тормозит процесс восстановления окислов хрома.

Важным, с термодинамической точки зрения, является и конкретный момент раскисления металла и шлака. Если осуществление осадочного раскисления металла сразу же после продувки ванны не вызывает трудностей и является теоретически бесспорным, то раскисление шлака может проводиться до и после основной присадки феррохрома. Вполне очевидно, что при условии удовлетворительной стойкости печи эффективнее производить раскисление шлака до присадки феррохрома, т. е. в период меньшей величины активности хрома в металле и более высокой температуры. Однако в связи с тем, что для осуществления процессов раскисления требуется около 25-30 мин, на многих заводах производят присадку феррохрома сразу после продувки ванны кислородом, что позволяет сократить

продолжительность контакта футеровки с перегретым до 1800-1900° С металлом.

Компромиссным вариантом технологии является раскисление шлака после ввода 57о отходов нержавеющей стали для охлаждения металла, Необходимо отметить

12 2 4 5 Проба

Рис, 17, Изменение содержания кислорода в металле в процессе плавки стали Х18НЮТ с продувкой кислородом по классической технологии (по данным различных плавок). Проба;

/ - по расплавлении; 2 - в конце продувки; 3 - перед скачиванием шлака I, ( - перед присадкой титана; 5 - перел выпуском

также, что весьма интенсивное восстановление окислов хрома из металла и шлака ведет к тому, что нарушается равновесие между металлом и футеровкой подины и откосов, которая насыщена окислами хрома. При этом наблюдается переход кислорода из футеровки в металл с соответствующим ее разрушением.

Таким образом, максимальное восстановление хрома из шлака достигается за счет уменьшения кратност!! шлака, HOBbeiiHH его основности и использования вне-печного раскисления металла и шлака.

Еще сложнее условия восстановления окислов марганца нри выплавке хромомарганцевой нержавеющей стали. По данным Е, Пахали [43], раскисление шлака периода продувки гранулированным алюминием не повлекло за собой заметного восстановления марганца.

По данным Е. И. Кадннова, при раскислении шлака с основностью 1,2 кремннйсодержащими сплавами (25 кг/т) удается достаточно полно восстановить хром, а содержание марганца даже снижается на \ % из-за переокисления металла в конце продувки по отиошению к и1лаку, Прн это.м кремний практически не восстанавливает марганец нз силикатов, а повышение основности шлака за счет присадки извести ведет лишь к увеличению объема шлака. По-видимому, целесообразно использовать ферроалюминий для осадочного раскисления металла и гранулированный алюминий для раскисления шлака.

Заканчивая рассмотрение физико-химических и кинетических особенностей раскисления металла и шлака при плавке нержавеющей стали методом переплава отходов с продувкой кислородом, можно иамепггь основные положения технологии, обеспечиваюн1,ие минимальные потерн хрома и марганца на плавке:

1. Интенсивная продувка металла кислородом (с большим расходом и давлением Ог), применение в конце продувки аргона, высокая температура металла в начале и конце продувки, минимальное количество шлака повышенной основности, автоматическая остановка продувки на заданном содержании углерода, перемешивание металла при продувке, продувка под вакуумом - все это уменьшает степень окисления хрома и других элементов (марганца, железа).

2. Осадочное раскисление металла сразу после продувки кислородом сплавами кремния (а также марган-

ца, алюминия и кальция) для связывания кислорода металла в прочные окислы и создания условий для более полного раскисления шлака.

3. Диффузионное раскисление шлака порошками сплавов кремния до ввода основной части феррохрома нри активном неремешиванни шлака с сохранением его повышенной основности. Наиболее эффективно прн этом вынесение процессов восстановления в специальный агрегат.

3. ЛЕГИРОВАНИЕ МЕТАЛЛА

Плавка нержавеющих сталей сопровождается большими присадками различных ферросплавов. Во время легирования в жидкой сталн протекает сложный физико-химический процесс, состоящий из нагрева и расплавления ферросплавов, растворения элементов в металле, взаимодействия легирующих с кислородом, азотом и серой металла н шлака в условиях изменения температуры системы. Прн обычных температурах сталеплавильного процесса элементы, содержащиеся в стали в качестве примесей или вводимые для легирования и раскисления, растворяются в чистом железе в различной степени: полностью растворяются А1, Си, Мп, Ni, Со, Si, Sb, Ti, Сг, Zr, В; частично V, Мо, W, Sn, Pt, С, S, Р, О, Н, N, As, Se; мало растворяются РЬ, Ag, Bi, Na, Li, Са, Mg, Zn, Cd.

Растворимость в жидком железе никеля, кобальта, марганца и хрома, имеющих близкие значения атомного радиуса, подчиняется закону Рауля для идеальных растворов, согласно которому активность растворенного вещества равна его молярной доле. При малой весовой концентрации молярная доля растворенного вещества выражается уравненнем:

д, \%Х] Мр

где - молярная доля растворенного вещества;

1%х\ - концентрация растворенного вещества,

х, -молекулярная (или атомная) масса растворенного вещества и растворителя. При растворении вещества увеличивается его энтропия и уменьшается свободная энергия:

f» - 4,575Г Ig й = - 4,5757 Ig jV =

=.-4,575ng-t»iIi.