автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка технологии дефосфорации и десульфурации железоуглеродистых расплавов комплексными реагентами на основе физикохимического моделирования процессов взаимодействия металла и шлака

Од

^ Ц \\10U рЗЗ АН УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ЧЕРНОЛ МЕТАЛЛУРГИИ

На правах рукописи

ШЕЕНКО Михаил Иваношч

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДЕФОСФОРАЩШ И ДЕСУЛЬКГРАЩИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ РАСПЛАВОВ КОМПЛЕКСНЫМИ Г-ЕАГЕПТАМИ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕТАЛЛА И ШЛАКА

Специальность 05.16.02 - "Металлургия черных металлов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата техничеасих наук

Днепропетровск - 1ЭЭЗ г.

Работа наполнена в Институте черной металлургии АН Украины.

Научай руководитель:

доктор технических ныук, профессор Приходько Э.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических неук, профессор Яковлев Ю.Н.

Кандидат технических наук Кирсанов В.М.

Ведущее предприятие - ДМК им.Дзержинского.

Защита состоится 1993 г. в час. ДОмин. на

заседании специализированного ученого совета при Институте черной металлургии АН Украины г.Днепропетровск, пл.Стародубова,. д.1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан £ О 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

К.141.02. (320050,

___Г-В^евченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЙРКС'ПШ РАБОТ»

Актуальность пр"блвмч. Одним из основных .Гчшсроь, ягоямцлх на качество металла, является содяряюш* ь ном вредных ¡¡ричос-Е, в частности фосфора и серы, которые, в с-рльвкнетв* сдечаов, ухуд'заот служебные и физико-механические характористики металлсчгродукции. Снижению содержания" отих примесей в н&стоядэе время удиллют большое внимание на всех этапах производства - от подготовки '.'ирья до разливки стали. При рафинирозашш чугуна и стали принцшыально важным является вопрос выбора реагента для проведения дефоо^орации и десульфурации, а токке прогнозирование результатов процесса при изменении условий взаимодействия и состава реагента. Переход к решению этой задачи на уровне прогнозирования с помощь» физико-химического моделирования и вычислительного эксперимента позволит разработать высокоэффективный технологические процессы на основе использования комплексных реагентов, что дает возможность снизить затраты на производство стали и повысить ее качество.

Целью ' работ?; является развитие теоретических к технологических основ рафинирования келезоуглэродистих расплавов комплексными реагентами, уточненке физико-хкичееких закономерностей распределения фосфора и серы ме:кду металлом и шлаком и на этой основе:

-разработка критериев для количественного описания поведения (|юсфсра в системе "металл-шлак";

-исследование и выявление оптимальных параметров технологического процесса дефосфорации чугуна в ковше; -разработка и исследование процесса десульфурации чугуна магнием с корректировкой состава ковшевого шлака; -разработка мероприятий по оптимизации шлакового режима конверторной плавка в условиях снижения содержания марганца в чугуне и дефицита плавикового шпата;

Научная новизна. На основе физико-химического моделирования структура металлургических расплавов рассмотрены процессы дефосфорации и десульфурацш как составная часть единого кооперативного ионообменного процесса, происходящего между металлом и шлаком. Получена обобщающая представительниц экспериментальный материал зависимость распределения фосфора между расплавами от химического состава шлака, сраженного через его химический эквивалент Ло. Проведено расчетно - теоретическое исследование

влияния состава .ia зарядовое состояние фосфора в многокомпонентных металлических и шлакозшс расплавах и роли етого состоящих в его пе-рерасцределг: л. Покаеано» что определяющую ргаь в развитии процесса де^осфородип играет общий состав шлака, а не концентрация отдельных компонентов. Установлено, что степень внепечной десуль$ура-щпт чугуна ыагннем существенно зависит от химического состава ков-севого вшша. Показано, что повышение содераания в конвертерной шлаке до 10 % улучшает его физико-химические свойства и повывает степень дефосфорацпп при условии, что N$0 *СаО = const

Практическая ценность. Ка основании проведенных исследований разработана технология дефосфорацки чугуна с использованием кшп-лексных реакзнтов. Подученные результат послужили обоснованней для вццачи технологического задания на проектирование отделения вкзпечной дефосфорацкп на Сатюшсяом металлургическом заводе (ТЛЗ I.2-I5-I43-8?). Разработанная технология позволяет обеспечить высокие технико-зконоынчеоюто показатели процесса: снизить удельный расход реагентов па 30 %, повысить степень д>фосфорацпи с 40 до 60-70 %. Разработанные рекомендации по оптимизации шлакового pesiwa конзортерной плавки внесены в действующую типовую технологическую инструкцию по выплавке стали в конверторах (ТТИ-1-3-15-22-В6).

Разработана технология десулъфурацип чу1уна комплексным реагентом "металлический шгний + ковшевой ояак", позволяицая значительно повысить степень использования нагкия. Технология отработана в условиях металлургического комбината "АзоЕСталь". На основании полу-чешшх результатов разработано технологическое задание на проектирование отделения десульфурация чугуна-на Кузнецк сг.' металлургическом комбинате (ТЛЗ 5.2-15-99-85).

Апробашя и публикация работы. Результаты работы доложены на 4-х всесовзннх и 3-х республикански« конференция* и семинарах. Основное содержание работы отражено в 8 статьях и защищены одним авторские свидетельством. ■

Об^с.'.т работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав и обоих выводов, содержит 95 страниц машинописного текста, W рисунка , 23 таблицы, списка использованных источников из /32 наименований.

I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАКОПЛЕННОГО МАТЕРИАЛА И ПОСТАНОВКА сАЛАЧК

Об-'ор литературных пднньос показал, что к настоящего времени накоплен обширный окспер;а.:енталышй материал, на основании анализа

которого нсешо проддоетть различные способы удаления фосфора и серн лз металла. Однако дшпшо различных авторов во многлх случаях недостаточно согласуются, а иногда противоречат друг другу.

В данной работе поставлена задача с помощью традиционных методов и методов физико-химического 1.:оделпрсваш1Я определить:

1) роль зарядового состояния фосфора в процессе его перераспределения меззду металлом и шлаком;

2) физпво-химические критерии для оценки влияния химического состава п свойств реаглрукщих (Jas ка распределение фосфора и серп;

3) объединить разрозненные зкепертаекталыше дашшо рагшиких авторов в единую зависимость, позволяющую прогнозировать результаты процесса дефосфоращт;

4) определить оптимальный состав коглалекспих рзагептоэ к технологическую схему процесса виз печной дсфосфорацни чугуна п на отой основе разработать технологическое задайте на проектирование отделения внепечкой дефссфорацпл чугуна на Саткшском «еталдургп-чесиом поводе';

5) разработать способ десулъфурацап чугуна комплексным реагентом, поззолявдкй значительно повысить степень использования иагния;

6) в условиях сшЕЕеиця содержания марганца в чугуне а дефицитности плавикового пшата дать рекомендации цо оптимизации шлакового режима конвертерной плавки на металлургическом ясмЗинате "Азоп-сталь".

2. ФИЗИКО-Х1МНЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ШЛАКОВЫХ РАСПЛАВОВ

Основой для построения физлко-хгелтческих моделей расплавов слугл-г описание зависимости эффективного заряда (2 ) н радиуса пока (Ru.) компонентов от межатомного расстояния ( d ) с помоэдьз урагненай састеш келолярпзовацшх ионных радиусов (СНИР). Использование уравнений стабильности, разработанных и опубликованных в работах Э.В.Претодьно, позволязт рассчитать значения зарядов элементов, входящих з состав шлакового (табл.1) и металлического (табл.2) расплавов, а таксе их интегральные характеристики (ле) и ( г* ), которые являются хнмическрмл эквивалентами составоп шлака и металла, соответственно. Параметр ) для атомов А и В взаимодействующих на расстоянии ( i ) находится из системы уравнений

СНИР:

R'ul * R«a = d

fy-RuA ~(ZminÁ +tek)l$JLA

(1)

(2)

где Rua ,Ru„ 1 характеристики химической шдавпдуаль-

нос'хи взаяыодойстцущкх атомов; , - их эффективные ради-

усы в денном направлении связи; 2/»/Яд, Zmma ~ значения зарядов при "чисто" ионной схеме гтаимодействил.

Химический эквивалент состава илака будет равен статистической сумме произведений величин à & для каждой парной связи, на вероятность юс образования:

Авшя. - ù.es;.0 •!"> * àe„.a + ... (4)

Параметр ( 23 ) для металлической систем» Fen Cm Рк + к =j:

п, m, к - атомные доли) саписывается в вида:

при увеличении числа компонентов происходит увеличение количества членов в уравнениях (4) и (5).

ЗЪблнца I

Состав ылака, его химический эквивалент ( де ) и эффективный заряд фосфора ( ) в нем

Химический состав елг-ка , ыас. % -

FeO МпО ! СаО Si0\ P,0S

24,9 ; п.з 1 26,8 10,0 12,7 2,59 3 9 92

15,3 : 2,8 ! 45,0 10,5 а,8 2,2 2,68

18,1 3,5 i 43,9 3,4 5,5 2,25 2,58

17,0 ; и,5 ! 51,5 5,6 6,9 2,42 3,01

23,7 ! 8,8 ; 32,0 9,6 11,0 2,5 3,63

43,0' 3^3 j 13.2 15,2 5,8 2,61 4,20

44,6 ! 3,1 12,7 19,3 6,1 2,63 4,46

46,0 ! s,0 3,1 24,4 6,6 2,66 4,67

Одним из основных выводов, сделанных при анализе данных типа приведенных в таблД и 2, заключается в том, что вахаы не абсолютные значеш;я зарядов, а те функции, которые эта величина макет выполнить при исследовании влияния состава на свойства расплавов.

Параметры ле, г*, являются интегральными характеристи-

ка;!: электронной структуры шюгокомпонектных расплавов )

¡: ссглог.!п:я отдельны;', элементов 2 ¡нее ( 2Р ). с их покорю ссуца-

ствялется свертка многсфакторнкх систем :: минимальному числу ыоделышх пагамгтров.

Таблица 2

Химический состав металла, его хжжческкй эквивалент (¿у) и эффективный заряд фосфора ( 2'л) а нем

Химический состав металла , мае. % •з Ч 2 , £

С Пя Р

0,51 0,08 0,07 1,12 1,18

0,29 0,11 0,11 1да 1,16

0,06 0,15 0,13 1,2-4 1,15

3,0 0,31 0,34 0,65 1,32

3,5 0,31 0,33 0,53 1,35

2,5 0,03 0,24 0,72 1.3

2,4 0,04 0,08 0,74 1,29

2,62 0,03 0,27 0,70 1,3х

3. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПЕРБРАСПРЕТИЛЗНИЯ ООСФОРА ШЩУ МЕТАЛЛОМ И ШЛАКОМ С ПОЗИЦИИ ФИЗИКО-МШЕСКОГО МОДЕДИРОВАНШ

Исследование величины (2/)) в металлургических системах показало, что при используемом модельном подходе значения заряда существенно отличаются от постулируемого ионной теорией строения металлургических расплавов и определяются химическим составом фазы (табл.1 н 2). На етой основе проанализирована роль перезарядки фосфора при его мещЬазном переходе. Установлено, что, рассматривая влияние величины перезарядки (д2р), определяемой кал разница мазду I 2Р ) в металле и шлаке необходимо учитывать направление процесса: происходит переход фосфора из металла в шлак или наоборот. В обеих случаях, чем больше по абсолютной величине перезарядка, тем больше трудности встречает переход фосфором мегфазней границы (таблица 3).

Таблица 3

Взаимосвязь мегзду величиной пеоезаитдки и коэффициентом распределе!тя фосфора при его переходе яз металла в шлак во время струйного рафштрования чугуна

1,36 : 1,37 1,41 ; ' 1,68 | 1,76

И1 ' 68 115 26 '17 | 15

Использование методов фютжо-хпшческого моделирования позволило конкоетизировать представления о роли двойного электрического слоя на границе раздела фаз и объединить разрозненные эксаеримеи-

тальнно данные ь кием

единую зависимость которая записывается УраВНе-

вч

3

4 ¿р*-е*р(<Ае**-™*)*3.9

£6)

Установленная зависимость (рис.1) обобщает данные о распределена фосфора в различпх условиях для илеков самого разного состава (на основе СаО ъМахО, с добавками ВоО и вгО , с различным содержанием , Дб^Оу, Ре0 и др.).

Проведенные исследования показали, что, дополнительный учет влияние температуры и состава металлической фазы на результаты перераспределения фсобора не приводит к повышению точности описания этого процесса. По-ввдпмо«у, в условиях равновесия оба эти фактора учитываются косвеннш образом - через изменение химического состава ишака, который характеризуется параметром а9 .

Зависимость равновесного распределения фосфора от химического эквивалента состава шлака

РисЛ

Существование оптимальных соотношений оснозности и окислен-ности ¡ллака, не совпадайте у шзлпчных авторов, обусловлено против ополов шм влиянием РеО-пСаО на изменение ле шлака. Токе

самое можно сказать о различнее влпяшпп уг-еличеннз с. о дерга-

ния которого ведет к росту абсолютных значений л<? . Поскольку большинство реалышх кеталцургпчеетзос шаков находится в области правее максимума (рис.1), добавка Л01 окагыгаст отрицательнее влияние на их фосфатную емкость.

4. ОБЪЕКТ, СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗКСПЕВйЭДТАЛШЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Первая серия опытных плавок проводилась з условиях лабораторной базы Института черней металлургии а индукционной пета емкость» 50 1С. Дефосфорацяя осуцествлллась путей прнеащта сода на позерх.-ность жидкого металла.

Расход сода составлял 4,5 % от массы металла. 1/зсса металла определялась путем взвешивания металлической части шихта парод загрузкой в печь. Шихтовка печи производилась пз расчета получега;;: металла заданного состава. После расплавления отбиралась проба мэтачла на химический анализ и проводился замер температуры. При необходимости состав металла корректировался добавками ферросплавов. Температура гамзролась с помощью термопари погружения. Пробы металла л плана отбирались в процессе плавки на 0; 5; 10; 20 и 30 минутах, тогда г.е производился замер температуры^

На втором этапе исследования шопечнуа дефосфорацию чугуна осуществляли путем обработки шлакообразущими сместят чугу:.'5 в 350 кг коееэ па лабораторной установке с помощью погружаемой фурми. В качестве транспортирующего газа использовался кислород, который подавали из баллона в аэрокамеру роторного питателя. Обработке подвергали 250-280 кг лидкого чугуна, предварительно расплавленного в электродуговой печи л слитого в 350 кг кобз.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЗКСПЕК^ЕНТМШиХ ИССЛЕДОВАНИЯ

В индукционной печи было проведено 17 плавок. Состав металлической фазы колебался в следупцих пределах 0,09*1,45 % С; 0,02+0,78$ ¿1 ; 0,02+0,68 % Мл ; 0,02+0,11 % $ ; 0,3+1,13 % Р. Температурный интервал 1350-1590°С.

Попытки дифференциально учесть и сменить влияние изменения хнми-ческого состава металла на коэффициент распределения фосфора показали отсутствие не только количественной, но и качественной взаимосвязи «езду содержанием отдельных компонентов металлического расплава и поведением фосфора в системе. Установлено, что влияние (X') и других компонентов металлического расплава на поведение фосфора появляется, в основном, косвенном образа.! через изменение химического состава шлака.

Протекание процесса дефосфорации в присутствии /,57/ будет сави-сеть от скорости подвода кислорода к фронту реакция. В случае, если скоргтгь подвода ога.'сллтеля опереяает скорость окисления IS// , го одновременно будет протекать процесс дефосфорации. При равной скорости окисления ¡Sïj ц подвода Ох дефосфорацпя происходить не будет, пока не выгорит /¿// и скорость подвода Oz превысит скорость оголения IS/I . В случае, когда скорость окисления /Sil превышает скорость подвода кислорода, кремний будет восстанавливать окислы илака, в том тесло и ( Рг Os-}, в первые 5 шш взаимодействия, когда происходит бурное разложение сода с выделением С0г , происходит дополнительное окисление кремния по реакции

[Si]VС0г —Siß; +С -45 gg (7)

т. окисление фосфора по реакции

2/Р/ * г,5С0, р2 Os +2,5 с (8)

Последняя реакция без участия ¡злаковой фазы ; точки зрения термодинамики не делана идти. Однако с учетом ошлаковагаш Ps Os реакция идет и изменение изобарного потенциала лZßn= По мере за-

вершения разложения //аг Cûz и бурного выделения CÛt реакция дв-фосЗорацпи замедляется, а затем начинает протекать обратный переход Р. ::з слака в металл.

Одной из причин, вызывающей расхождение в сценках концентрации кремния пет которой происходят дефоофо.рацця, у разных авторов является различное соотношение кезду скоростью окисления ¡Sil и скоростью подвода окислителя к фронту реакции,-

Бо второй серии плавок было исследовано развитие процесса дефос-форецки при яна-мацв окном ььоде реагентов в газлезэуглеродпеткй расп-лак. Дцупание реагенхоя обеспечивает быстрое форакровалпе шанса и интенсивное перемещение реагярущих фаз, с достиеснесм максимальной к онтакт к о й пд cqa да.

И качество основного реагента была ¡выбрана сода н сыеси на её основе, т.к. использование сод»: кмэет ряд преимуществ по сравнению с реагентами на основе Ca G ;

1) -.^пользование рг.агентоз ка основе соды, позволяет комплексно удалять из расплате* серу и фосфор;

2) содовый план лучse скачивается с поверхности металла;

3) расход известьсодерхащих фа>сов на 20_50 кг/т еншо, чем расход со."ы для достикегася той но степени дефосфорации:

4) отработанные шшкн ка основа соды могут бить подвергнуты ре-геперацгн с извлечением до 80 £ исходного реагента.

При проведении экспериментальных продувок выяснилось, что при подаче всего количества шлакообразуюсдах через фурму на поворкность чугуна п струе Ох з начальный период обработки имел место значительный вынос реагента с отходящая газет. Для предотвратим по-птаопкого выноса исаг.ооСразупзпх материалов в порше гжнутц продувки бшга проведены эксперимент с Щ5адваргхе»ившз иазедопзем илака перед продувкой газопсршкопой струей, что позволило гначтаельно повысить степепь усвознпя реагента.

Провздегогае псслсдогания показали, что при использовании в честве основного шакообразукцого матсртгзла содц температура плавле-ш'л сформировавшихся планов но превышает 1250°С, что достаточно для обработки чугуна в коЕша.

При анализе влияния содержания кре.'япгя в чугуне, как и в случае плавок, проводошшх в индукционной печи, не било обнаружено тесиоЗ количестЕеннсй взаимосвязи мэдлу содерггштсгл ¿ерзания л результатами процесса дефосфорации. Однако, если полученные данные разделить на две грушш, учитывая количество кислорода, даваемого на обработку чугуна, то оказалось, что ирг: расхода 0, 20 кг/т степень дефопфора-цшг но зависит от содержания кремптя в чугуне. В случае, когда расход <20 кг/г, напротив, наблюдается довольно четкая завлогялость' меаду /Л'/ в чугупе и результатами процесса дефосфорации.

При проведзшп: отяшас продуве;; было установлено, что о розтем содержания крегякя в чугуяо возрастает расход реагента для дост.т~-:е-.няя одинаковой степени дейоефогацш. 'Ье, лрк проведали продувок • 3 16 и }} 17 для достккеяпя степени дефозЗоращяг 62 % при ссдзргапш кремния 0,17 сукмарций расход реагента (ворошок + Ог ) составил 44 кг/т, а при содержании его 0,24 % для дссткзения степени цейюсфо-рации 53 %, расход составил 65 кг/т.

Максимальная степень дефосфорации бнла достигнута пр-д содержания СаО п скакообразунцей смеси на уровне 10 %.• Кроме того, добавка СаО позволяв® значительно уменьшить развитие процесса дефосфорации -носле окончания продувки.

В результате проведенных исследований установлено, что использование ксмдлексгагс рергевтеч позволяет эффективно проводить процесс дефосфорации и за счет изменения .химического эквивалента управлять сл.

6. ПОРЕДЕЛ'Ш ФОСФОРА В РЕАЛЬНЫХ ШТАЛЛУРЛШЗКИХ ПРОЦЕССАХ • И К1ШЮ1®ГЛОЩШ ПРОЦЕССА ДВ1Ю№0Р/'ЦШ

Анализ распределения фосфора между мзталлегл л шлаком при разливке и кристаллизации слитка показед, что получаемые значения I, г> много превосходят равновеашз. Основной причиной этого - является .тек-

вацпя фосфора в процесса кристаллизации металлического расплава, в результате чего происходит повышение содераания !Р/ в сидкой фазе. Кроме того, в результате ликвации происходит нашпцение жидкой фазы такими компонентами как С, fin, Si, S п др., что приводит к существенному поведению активности фосфора» -

По этим причинам полученная зависимость ф/р -f(&e)na рекомендуется для использования при анализе процесса кристаллизации жидкого металла.

Изучение работы мартеновских печей Криворсиского металлургического комбината показало, что конечные мартеновские шлаки имеют состав, 6j. ;зхий к оптимальному с точки зрения достижения максимальной дефосфорацаи металла, де изменяется в интервале от /3,0 до -3,5. Однако, фактические значения коэффициента распределения фосфора i.iez-ду металлом и шлаком оказываются на порядок низе равновесных, что позволяет сделать вывод о неравновесности системы "металл-шлак".Этот вывод подтверждается литературными данными о необходимости продувки мартеновской ваши кислородом или воздухом для эффективного развития процесса дефосфорации.

С точки зрения достижения максимального значения //> конечные конверторные плахи обладают максимально высокой дефосфорируыцай спог собностью (де изменяется в интервале от -2,5 до -3,5) и превосходят в этом отношении мартеновские клаки. Однако, в процессе конвертерной ■ плавки фактическое ¿>р такае не достигает равновесных значений. Коэффициент распределения фосфора, достигаемый в условиях ККЦ-2 комбината "Кривороксталъ" и ЕМЗ, примерно на порядок ниже равновесных значений. Наименьшая разница между равновесными и фактический значениями Ьр достигается в начале и конце продувки.

Проведенные исследования показали, что ответственность за неполное развитие процесса дефосфорации при выплавке стали в кислородном конверторе несет кинетика шлакообразования. При длительности плавки • Г =• 20 мин к концу продукте в шлаке растворяется 60-90 % извести. При применении тонкоизмельченной извести фактический Lp приближается к равновесным значениям (прн.де = -3,18 ¿р~ 575).

На базе физико-химичоского моделирования были проделаны расчеты по методу планируемого эксперимента влияния изменения содераания окислов Fe, fin, Мц. , Л£, /Уд на свойства (температуру начала плавления, вязкость) реальных кислородно-конвертерных шлаков по ходу продувки.

Результата расчета показали, что наибольшее влияние на сшгае;те температуры плавления отзывают добавки плавикового шпата. Окислы .

F?. и Мп в одинаковой степени сникают температуру плавления. Однако, о увеличением длительности продувки, отмотается несколько большее снижение температуры плавления для шлаков с высоким содержанием fin0 , по сравнению с аналогичном содерааниеи FeÛ .

Примерно такое яо влияние оказывает увеличение концентрации А'аг0 в шлаке.

Менее резко сипаается температура плавления рассматриваемой системы при росте содержания 0 (при замещении СаО m My 0 ), причем влияние tlqO и Nat0 возрастает к концу продувки, /¡f, 02 во всех случаях повышает Т^.

Вязкость шлакового расплава снияает увеличение содержать таких компонентов шлага как Ata,d, FeO, М&0 , tin О • Эти же окислы сникают и Тн п шлака, т.е. позшзешю их содержания додкно благоприятно повлиять на процесс усвоения извести.

Анализ литературных данных в сочетании о результатами проведенных нами расчетно-теоретических исследований показал, что наиболее перспективным способом ускорешш процесса шлакообразования является ввод о качестве фпосуотей добавки tfgO - содержащих материалов. Это не только способствует улучшению физико-химических характеристик шлакового расплава, но и повышет стойкость футеровки конвертера. С точки зрения изменения распределения фосфора мезду металлам и шлаком в результате увеличения содержания tig. О с 4 $ до 10 $ в шлаке следующего состава СаО - 50,7; S/02- 31,9; 1,0} MqO - 4,0; . НпО- 1,0; FeO - 7.4; Рсг03 - 4,0 вызовет увеличение /,р примерно на 20,0 единиц, дальнейший рост содержания tig.О приводит к падению ' значений hp ■

Необходимо также отметить, что полоскательное влияние добавок fi^O на физико-химические сзойства конверторных шлаков происходит лишь в том случае, когда присадку Ô производят взамен части . СаО , т.е. когда величина ( СаО 4 ) = const, в противном случае присадки f1§Q вызывают повышение тугоплавкости конверторных шлаков. Полученные результаты внесены в действующую типовую технологическую инструкцию. •

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ СЕРЫ В СИСТЕМЕ "ШТАЛЛ-ПШАК" С

ПОМОЩЬЮ ФИЗИКО-Ш-аИЕСКОИ МОДЕЛИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ

Выбирал оптимальные условия для дефосфораьли, целесообразно по апналогичной схеме рассмотреть процессы десульфурации. На необходимость комплексного подхода к этим проблемам указывает то обстоятельство, что при дефосфорациг чугуна в наших экспериментах в ряде слу-

чаев одновременно удалялось до 70 % серы. Однако, объединить экспериментальные данные различных авторов в обобщакщую зависимость типа рио.1 не удается. В отличие от фосфора, который в шлаке размещается з мездуузлиях анионного каркаса, сера размещается в узлах этого каркаса и является конкурентом кислорода при образовании связи катион-анион. Поэтому дане незначительное изменение окислительного потенциала газовой фазы, влияя на заполненность анионного каркаса, вызывает значительное смещение равновесия реакции десульфура-ции. Это является основным препятствием получения обобщенной зависимости типа:

/,3 = у (состав шлака, состав металла)

Для конкретных условий, когда потенциал газовой фазы постоянен, применение физико-химических моделей позволяет описать распределение серы мезду металлом и шлаком более точно, чем при традиционных подходах с использованием критериев типа "основность" и "окислен-ность". В оснозододагакщих работах Н.Л.Вороновой по десульфграции чугуаа магнием, практически не уделяется внимание составу ковшевого шлака. В то ке время из факта активной ресульфурации после окончания продувки следует, что шлак принимает участие в процессе де-сульфурации при обработке чугуна, так и по окончании её. Подученные данные показывают вакяость поддержания в ковше оптимального шлакового режима для повышения эффективности десульфурации чугуна. • Предварительное скачивание шлака (до обработки чугуна) являлось бы полумерой, т.к. при обработке чугуна магнием на поверхности образуется новый юлак, обогащенный сульфздаш.Более рациональным путам представляется корректировка состава ковшевого шлака для повышения его сульфидной емкости. В этом случае обработка чугуна будет производиться комплексным.реагентом "магний + ковшевой шлак".

При проведении исследований была разработана математическая модель, базирукцаяся на методике физико-химического моделирования, которая позволила описать серопоглотительную способность ковшевых шлаков следующим внраяением:

(8) = 1/9,за/) -з,0&е-40,гз (/"=0,92) (9)

Уравнение (2) обобщает результаты экспериментальных исслздовашй проведенных на комбинате "Азовсталь". Анализ результатов серии контрольных обработок чугуна магнием показал, что в пяти случаях из восьми ш.*ак не обладал требуемой серопга'лотительной способностью

Метода математической статистики позволили выявить граничные условия, при которых шлак обладает требуемой серопоглогительной способностью.

Било изучено влияние на сэропоглотительную способность пкака добавок: СаО^/Ог Абг 0} , Л'а20, ГеО, МпО , Са

Ре С£г • Установлено, что наиболее целесообразно в качество керректнрупцих добавок использовать такие компоненты гак СаО, Ма0 ,

/ы.

На основании подученных результатов баш разработана номограмма расхода извести в зависимости от химического состава п требуемой серопоглотительной способности шлака. Проведенная на комбинате промышленная проверка разработанной номограммы показала, что расчетная серопсгдотителъная способность слака реализуется с достаточной для практических целей полнотой п точностью. Было установлено, что добавка к ковкевсму шлаку извести в количестве 200 -300 кг/ковш (2-3 кг/т чугуна) поикает степень использования магния на 15 %. На основании провзденной экспериментальной проверки в качестве коррактируэдей добавки к ковшевому шлаку рекомендовано использовать молотую известь, которую целесообразно подавать на дно ковша перед заливкой чугуна.

Разработанные технические решения по десульфурацтга чугуна магнии.! с корректировкой состава ковшевого клака защгацешг авторским свидетельством.

8. ВЫВОДЫ

1. Систематизированы экспериментальные данные о равновесием распределении фосфора в системе "кзталл-шлак". Установлено, что в ряде случаев противоречивость результатов теоретических и экспериментальных работ, посвященных этому вопросу обусловлена отсутствием работоспособных физтсо-хтслнеских критериев, которые мокно было бы использовать для описания свойств многокампс'ёнтных металлургических расплавов.

2. Использование физико-химического моделирования в сочетании

с современным! методами анализа и: ЭВМ позволило разработать критерии для описания поведения фоофера в системе "моталл-пшак". Такими критернямп являются модельные параметры ле и л ^ , выполняющие функщл: химических эквивалентов составов шлака и металла соответственно.

3. Получена обобщаяющая зависимость равновесного распределения фосфора от химического состава шлака, выраженного через его химический эквивалент

Анализ представительной выборки экспериментальных данных показал, что дополнительный учет температуры и состава железоуглеродистого расплава при модельном подходе не повышает точность описания поведения фосфора. Обоснованы представления, что в равновесных условиях эти факторы учитываются косвенным образом - через изменение хпмичес-ого состава шлака.

4. Рассмотрен вопрос о совместимости процессов дефосфорации и десульфурации. Показано, что совмещение этих процессов не встречает принципиальных затруднений поскольку сера и фосфор занимают разные типы ыездуузлпЗ в структуре оксидных расплавов.

5. С позиций теории физико-химического моделирования рассмотрено зарядовое состояние фосфора в металлургических расплавах и разработана методика расчета 8арвда на ЭВМ. Установлено, что величина перезарядки фосфора при мегфазном переходе играет существенную роль при развитии процесса дефосфорации.

6. Проведенные исследований по внепечнсй дефосфорации чугуна путем продувки его газопорошковой струей в ксиле позволяют сделать следующие выводы:

максимальное использование рафинируыцей способности шлакообра-зуэдей смеси обеспечивается при комбинированной её подлче (30 % от всего количества га зеркало металла насыпью, остальное количество -огнеупорной фурмой в токе кислорода на поверхность раздела "металл-шлак");

максимальная степень дефосфорации достигается при использовании комплексного реагента следукхцего состава: 50 % кислорода, 40 % соды, 10 % извести;

отрицательное гоздействиа кремния на процесс дефосфорации проявляется сложны',' образом: через изменение зарядового состояния фосфора в шлаке и снижение окислительного потенциала на границе фаз, а такие развития восстановительных процессов с участием кремния;

расход кислорода 20 кг/т и более обеспечивает-одновременное развитие прсцессов дефосфорации и обескремнивания;

при провэдешга процесса дефосфорации одновромешю удаляется до 70% сэры.

7. Прсподешп.'з исследовашм показали, что причиной слабого развития процесса дефосфорации в конверторе является не полное усвоение извести шлаком. Проанализирован™ возмо:яшо мероприятия по улучшению плакообрззования. Показано, что в условиях дафщита Са?2 наиболее эффективно попнвенне содержания MgO в шлаке до 10%, причем суша KgOi-CaO при добавке MgO-содержащих материалов по долзшо увеличиваться.

8. На основе выголнешх исследований разработан способ досульфурации чугуна комплексным реагентом ""^ковшевой илак".

Э. Результаты работы использовакш для выдачи технологического задания на прооктировшяо отделения внопечноЯ дефосфоращш чугуна на Саткшском иоталлургкческом заппде, эконсшчэский эффект от ннодрстгия составляет 20.1 тыс.руб. (по ценам 1989 года).

Основное содер;ташэ диссортзщш опубликовано з следующих работах:

1.Приходько З.В.,Шеенко М.И. Равновесное распредо пение фосфора между металлом и шлаком и методика оценки степени его достижения. Изв.вузов.Черная металлургия. - 1985 .- И. - С.6-9.

2.Шеанко М.И..Бергун A.C..Курилова Т.П. Исследование возмозсности получения чистых по сере и фосфору чугунов для переработке в кислородном конверторо//Технология выплаиси конверторной и мартеновской- сталиЛ!ЧМ СССР. - М.: Металлургия. -•1985. - С.63-67.

3.Шеенко М.И. К вопросу об оценке рафинирующих свойств шлаков при переделе фосфористых чугунов/ЛЗовериапствованиэ технологии производства стали з конверторах и мартеновских цехах/ МЧМ СССР. -М.: Металлургия. - 1085. - С.44-49.

4.Старов Р.В. Дамхотько А.Ф.-.Шеонко М.И. и др. Исследование влияния figO но температуру плавления конвертор1шх шлакоп/ЛЮвышонио гДОсктшгости технологии выплавки конверторной и мартоиогокоЯ стали/ „ГМ СССР. - М.: Металлургия. - I9SB. -

f "О Г*Г1

5. Вергун A.C., Прпходько Э.В., Шеенко Ы.И. Исследование процесса шапочной дефосфорации чугуна // Внедечная oöpaöorita металлургических расплавов / АН СССР. - К.- 1936 , - С.42-46.

6. Шэеико М.И., Прпходько Э.В. Зарядовое состояние фосфора в металлургических системах и его ргль'в процесса дефосфорацш! азле-зоуглерсдисхшс расплавов // Теория и практика внепзчной обработки стали. Тезисы докладов. - !,!.: ГКНТ СССР. - 1985, - С. 58-59.

7. Двоскии 5.В., Ткач Н.Т., Шеенко Н.И. и др. О влиянии корректировки состава шлакового покрытия в чГО'новозшк ковшах на эффективность использования магния при внедошнной двсульфурации чугуна.-Библиографический указатель ВИНИТИ. Депон.научше работы. - 1987» -Ii II. - С. 163.

0. A.c. 1217885 (СССР). Сцособ внепечной обработки жидкого чугуна в ковао / Прпходько Э.В., Шокул A.A., Шевченко А.f., Двоскин Б.В., Шеенко Ы.И. и др. tö 3784721/22-02, Заяв,28.08.84. Опубл. 15.03.86. Еюл. Я Ю. ч.

9» Шюаако B.C., Вергун A.C., Старов Р.В., Цулыга Д.В., Трунов B.C., Шеенко Ы.И. и др. Исследование эффективности использования обесфосборенного чугуна при кислородно-конвертерном переделе. -Металлург. - 1988. - 1Ь 9. - С.25-27.

10, Шеенко М.И,, Прпходько Э.В. О влиянии зарядового состояния фосфора на его распределение в системе "металл - шлак". - Изв.вузов. Черн.мегаллуриш. - 1988. - J? 8. - С. 3-7.

БТ70147 Формат изд. 60x84 I/I6 Печать офсетная. Уч.изд.л. 1.25. Подписано в печать 14.1У.93г. Рот. КМЦ-3. Зак. В62, т.100. Бесплатно. 320600, г. Днепропетровск, 5 ул. Писаожсвского, I-a ВНИТИ