Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2)
Проведены анализ структурно-химического состояния и оптимизация состава плавильных и ковшовых шлаков с помощью полигональной диаграммы состояния системы FeO-SiO2-CaO. Предложен механизм рафинирования полуспокойных конвертерных сталей присадочными материалами при внепечной обработке. Проведено аналіз...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Процессы литья |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49831 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) / И.Д. Буга, А.И. Троцан, Б.Ф. Белов, О.В. Носоченко, В.В. Ивко // Процессы литья. — 2010. — № 5. — С. 3-10. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859651727639183360 |
|---|---|
| author | Буга, И.Д. Троцан, А.И. Белов, Б.Ф. Носоченко, О.В. Ивко, В.В. |
| author_facet | Буга, И.Д. Троцан, А.И. Белов, Б.Ф. Носоченко, О.В. Ивко, В.В. |
| citation_txt | Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) / И.Д. Буга, А.И. Троцан, Б.Ф. Белов, О.В. Носоченко, В.В. Ивко // Процессы литья. — 2010. — № 5. — С. 3-10. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Проведены анализ структурно-химического состояния и оптимизация состава плавильных и ковшовых шлаков с помощью полигональной диаграммы состояния системы FeO-SiO2-CaO. Предложен механизм рафинирования полуспокойных конвертерных сталей присадочными материалами при внепечной обработке.
Проведено аналіз структурно-хімічного стану та оптимізація складу плавильних і ківшових шлаків за допомогою полігональної діаграми стану системи FeO-SiO2-CaО. Запропоновано механізм рафінування полуспокійних конвертерних сталей присадковими матеріалами при позапічній обробці.
The analysis of structural-chemical state and optimization of the melting and ladle composition of slags by means the polygonal diagram of the system FeO-SiO2-CaO are conducted. The mechanism of the refining balanced converter steels by out-of-furnace treatment adding materials is proposed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:34:46Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 5 (83) 3
ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА РАСПЛАВОВ
УДК 669.168:669.017.12/13
И. Д. Буга, А. И. Троцан*, Б. Ф. Белов*, О. В. Носоченко,
В. В. Ивко
ОАО Днепровский металлургический комбинат, Днепродзержинск
*Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев
ПРОЦЕССЫ ШЛАКООБРАЗОВАНИЯ И РАФИНИРОВАНИЯ
ЖИДКОГО ПОЛУПРОДУКТА В КОНВЕРТЕРЕ
И ПРИ КОВШОВОЙ ОБРАБОТКЕ СТАЛИ
Структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах
рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2*
Проведены анализ структурно-химического состояния и оптимизация состава плавильных и
ковшовых шлаков с помощью полигональной диаграммы состояния системы FeO-SiO
2
-CaO.
Предложен механизм рафинирования полуспокойных конвертерных сталей присадочными
материалами при внепечной обработке.
Ключевые слова: структуризация, фосфаты кальция, шлак, конвертер.
Проведено аналіз структурно-хімічного стану та оптимізація складу плавильних і ківшових
шлаків за допомогою полігональної діаграми стану системи FeO-SiO
2
-CaО. Запропоновано
механізм рафінування полуспокійних конвертерних сталей присадковими матеріалами при
позапічній обробці.
Ключові слова: структуризація, фосфати кальцію, шлак, конвертер.
The analysis of structural-chemical state and optimization of the melting and ladle composition
of slags by means the polygonal diagram of the system FeO-SiO
2
-CaO are conducted. The
mechanism of the refining balanced converter steels by out-of-furnace treatment adding materials
is proposed.
Keywords: structurization, phosphate calcium, slag, converter.
Существующие способы «отсечки» конвертерного шлака при выпуске допускают
5,0-5,5 кг/т попутного жидкого шлака при общей массе ковшового шлака не более
15,0 кг/т ( ТИ 230-С451-200Б «Технология производства низкосернистого металла»
в конвертерном цехе ДМКД).
Конечные конвертерные шлаки различаются степенью окисленности (FeO+MnO)
и основностью (CaO/SiO
2
), что оказывает существенное влияние на формирование
рафинировочного ковшового шлака.
Структурно-химическое состояние силикатных сталеплавильных шлаков опреде-
ляется диаграммой состояния тройной базовой системы FeO-SiO
2
-CaO и бинарных
систем ее составляющих, не имеющих до настоящего времени единых системных
справочных данных [1, 2].
*Сообщение 1 опубликовано в журнале «Процессы литья». – 2010. – № 4. – С. 20-27.
4 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 5 (83)
Получение и обработка расплавов
В связи с этим основное содержание настоящего сообщения включает разра-
ботку графо-аналитического метода построения тройных полигональных диаграмм
состояния (ПДС) и построение ПДС системы FeO-SiO2-CaO с целью определения
оптимального состава окислительных плавильных и рафинировочных ковшовых
шлаков; механизма образования и активирования ковшовых шлаков, содержащих
жидкий конечный конвертерный шлак (ККШ) и твердые шлаковые смеси (ТШС), а так-
же механизма рафинирования полуспокойных сталей присадочными материалами
с использованием синтетических шлаковых смесей (СШС) из вторичного сырья.
Полигональная диаграмма состояния тройной системы FeO-SiO
2
-CaO
Полигональная диаграмма состояния тройной системы FeO-SiO2-CaO построена
новым графо-аналитическим методом (ПДС-метод, [3]) во всем интервале концен-
траций твердых и жидких исходных компонентов.
ПДС-метод построения диаграмм состояния, разработанный для тройных си-
стем, заключается в том, что на ребрах равностороннего треугольника показаны
все существующие промежуточные фазы бинарных систем. Поле концентрацион-
ного треугольника разделяется прямыми линиями, являющимися геометрическим
местом точек промежуточных квазибинарных систем: полевые линейные систе-
мы (ПЛС), соединяющие фигуративные точки на ребрах треугольника и лучевые
линейные системы (ЛЛС), соединяющие вершины с фигуративными точками на
противоположных сторонах треугольника. В точках пересечения линейных систем
образуются нонвариантные тройные фазы, разделяющие концентрационное поле
треугольника на триангуляционные зоны вокруг тройных фаз.
Триангуляция концентрационного поля общего треугольника определяется
координатами фигуративных точек первичных бинарных промежуточных фаз, ко-
торые соединяются прямыми линиями, образующими внутренний треугольник –
триангуляционная зона тройных первичных промежуточных фаз (ППФ). Зона ППФ
разделяет общее концентрационное поле на три зоны вторичных промежуточных
фаз у каждой вершины треугольника.
Анализ структурно-химического соединения (СХС-анализ) тройных систем позво-
ляет расписать химические реакции образования промежуточных фаз, определить
химический, фазовый и стехиометрический составы, концентрационные границы
их существования – области гомогенности, а также температуры образования и
плавления на квазибинарных диаграммах лучевых линейных систем.
Для тройной системы FeO-SiO2-CaO бызовыми бинарными системами являются
диаграммы состояния FeO-SiO2, FeO-CaO и SiO2-CaO, известные из справочных
данных [4, 5] и более ранних публикаций авторов настоящего сообщения [6, 7].
На рисунке представлена ПДС системы FeO-SiO2-CaO, в таблице приведена
классификация промежуточных фаз переменного состава nFeOmSiO2kCaO, на основе
которой выполнен СХС-анализ тройной системы.
На рисунке в вершинах треугольника показаны исходные компоненты FeO (вю-
стит), SiO2 (кремнезем), CaO (известь), на ребрах треугольника – бинарные системы:
FeO-SiO2, SiO2-CaO и CaO-FeO. Двойные и тройные фазы условно обозначены трех-
значными числами: первые цифры отвечают стехиометрическим коэффициентам
для вюстита, вторые – кремнезема, третьи – извести.
Фигуративные точки бинарных систем отвечают последовательному ряду про-
межуточных фаз:
ПДС FeO-SiO2: FeO(100)→ 6FeOSiO2(610)→ 4FeOSiO2(410)→ 3FeOSiO2(310,Э) →
→ 2FeOSiO2(210, ППФ) → 3FeO2SiO2(320, Э) → FeOSiO2(110) → FeO2SiO2(120, М2) →
→FeO4SiO2(140, М2)→ FeO24SiO2(1.24.0, М1)→SiO2(010).
ПДС SiO2-CaO: SiO2(010) →24SiO2СаО (0.24.1, М1)→ 6SiO2СаО (061, М)→ 3SiO2СаО
(031, М2)→2SiO2СаО (021)→3SiO22СаО (032, Э)→SiO2СаО (011)→2SiO23СаО (023,Э) →
→SiO22СаО (012, ППФ)→ SiO23СаО (013)→ SiO24СаО (014)→ SiO26СаО (016)→
→ SiO28СаО (018)→ СаО (001).
ПДС FeO-CaO: FeO(100) → 2FeOCaO(201)→ FeOCaO(101, ППФ)→ FeO6CaO(106)→
→ CaO (001),
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 5 (83) 5
Получение и обработка расплавов
где ППФ – первичная промежуточная фаза; Э - эвтектика; М, М
1
, М
2
– монотектиче-
ские точки купола несмешиваемости.
Триангуляция тройной диаграммы выделяет четыре области существования
окислительных силикатных шлаков: шлаки на основе первичных промежуточных фаз
бинарных систем – область ППФ, ограниченная внутренним треугольником 012-101-
-210; шлаки на основе вюстита – область 101-FeO-210; шлаки на основе кремнезема
– область 210-SiO
2
-012 и шлаки на основе извести – область 012-СаО-101.
Шлаки в области ППФ включают первичную тройную триангуляционную фазу
2FeOSiO22CaO(212), разделяющую первичные шлаки на три подсистемы на базе
первичных бинарных фаз: примыкающих к SiO22CaO на плоскости четырехугольника
012-214-212-111; FeOCaO на плоскости 101-412-212-214 и 2FeOSiO2 на плоскости
210-111-212-412.
Область ППФ содержит 19 тройных фаз: 212-436-112-123-111-321-211-634-
-312-412-313-414-214-213-323-113-236-311-632, из которых пограничными фазами
являются 412 (FeO-область), 214 (СаО-область) и 123-111-321 (SiO2-область).
Область “FeO”- зона «В» содержит три фазы: 612, 12.3.2 (Э
1
) и 412; область “СаО” –
зона «С» - три фазы: 2.1.18, 2.1.6 и 2.1.4; область “SiO
2
”- зона «К» – одиннадцать фаз:
1.12.1-1.8.1-1.4.1-1.2.1-2.3.1-2.2.1-4.3.1 (Э
2
) – 1.2.2-1.3.2 – 1.4.3 (Э
3
) – 1.3.4 (Э
4
).
Всего в системе FeO-SiO2-CaO образуются 33 тройные фазы, тогда как на клас-
сической диаграмме [4, 5] – три: FeO2SiO22CaO (122) – железистый окерманит;
FeOSiO2CaO (111) – железистый монтичеллит (кирштейнит) и FeO2SiO2CaO (121)
– геденбергит. Кроме того, приведенный химический состав тройных фаз на клас-
сической диаграмме, стехиометрический состав которых (по нашим определениям)
отвечает следующим формулам: FeOSiO22CaO (112), 12FeO3SiO22CaO (Э
1
, 12.3.2),
3FeO2SiO2CaO (321) и 2FeO2SiO2CaO (221).
ПДС система FeO-SiO2-CaO, построенная новым графо-аналитическим методом
во всем интервале концентраций исходных компонентов, является систематизи-
рующим фактором классификации силикатных окислительных и рафинировочных
шлаков для оптимизации их состава при ковшовой обработке стали.
Полигональная диаграмма системы FeO-SiO
2
-CaO
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
%мас.
FeO
6 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 5 (83)
Получение и обработка расплавов
Химические фоpмулы
Условные обо-
значения
Химический состав,
%мас.
В М
FеО SiO2 СаО
Область пеpвичных пpомежуточных фаз: SiO22СаО-FеОСаО-2FеОSiO2 – зона ППФ
2FеOSiO22СаО 2.1.2 45,6 19,0 35,4 1,87 4,27
4FеOSiO22СаО 4.1.2 62,6 13,1 24,3 1,87 6,63
ЗFеOSiО22СаО 3.1.2 55,7 15,5 29,9 1,87 0,41
2FеOSіO2СаО 2.1.1 55,4 23,1 21,5 0,93 3,33
ЗFеO2SіO2СаО 3.2.1 55,1 30,6 14,3 0,47 2,27
FеOSіO2СаО
1.1.1
(монтичеллит)
38,3 31,9 29,Si 0,93 2,13
FеO2SiO2ЗСаО 1.2.3 20,0 33,3 46,7 1,87 3,47
2FеOSiO24СаО 2.1.4 33,7 14,0 52,3 3,73 6,13
2FеOSiО2ЗСаО 2.1.3 38,7 16,1 45,2 2,80 5,20
6FеO3SiO24СаО 6.3.4 51,7 21,5 26,2 1,24 3,64
FеOSiO22СаО 1.1.2 29,5 24,6 45,9 1,87 3,07
3FeOSiO2CaO 3.1.1 65,0 18,1 16,9 0,93 4,5
FeOSiO23CaO 1.1.3 24,0 20,0 56,0 2,80 4,0
2FeO3SiO26CaO 2.3.6 21,8 27,3 50,9 1,87 2,67
6FeO3SiO22CaO 6.3.2 59,7 24,8 15,5 0,62 3,0
4FеO3SіO26СаО 4.3.6 35,8 22,4 41,8 1,87 3,47
ЗFeO2SiO2ЗСаО 3.2.3 42,9 23,8 33,3 1,4 3,2
4FеOSiO24СаО 4.1.4 50,3 10,5 39,2 3,73 8,53
ЗFеOSiO2ЗСаО 3.1.3 48,6 13,6 37,8 2,8 6,4
Область вюстита – «FeO»: FeOCaO-FeO-2FeOSiO2 – зона “В”
6FеOSіO22СаО 6.1.2 71,5 10,0 18,5 1,87 9,0
12FеO3SіO22СаО 12.3.2 (Э1) 74,7 15,6 9,7 0,62 5,42
Область извести – «СаО»: SіO22СаО-СаО-FeOCaO
2FеOSiO218СаО
2FеOSiO26СаО
2.1.18
2.1.6
11,8
26,7
5,0
11,1
83,2
62,2
16,8
5,6
19,2
8,0
Область кремнезема – «SiO2»: 2FeOSiO2-SiO2-SiO2CaO – зона “К”
4FеO3SіO2СаО 4.3.1 (Э2) 55,0 34,4 10,6 0,31 1,91
2FeO2SіO2СаО 2.2.1 45,0 37,5 17,5 0,47 1,67
2FеО3SiO2СаО 2.3.1 38,0 47,3 14,7 0,31 1,91
FеO3SiO22СаО 1.3.2 19,8 49,4 30,8 0,62 1,02
FеO2SiO2СаО 1.2.1
(геденбергит)
29,0 48,4 22,6 0,47 1,07
FеO4SiO23СаО 1.4.3 (Э3) 15,3 51,0 35,7 0,70 1,0
FеO4SiO2СаО 1.5.1 16,8 70,1 13,1 0,19 0,43
FеO10SiO2СаО 1.10.1 9,9 82,4 7,7 0,09 0,21
FеO2SiO22СаО 1.2.2
(окерманит)
23,7 39,5 36,7 0,93 1,53
FеO3SiO24СаО 1.3.4 (Э4) 15,1 37,8 47,1 1,24 1,64
Тройные фазы системы FeO-SiO
2
-CaO
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 5 (83) 7
Получение и обработка расплавов
Структуризация конвертерных шлаков и механизм рафинирования при ковшовой
обработке стали
Металлургические окислительные шлаки, содержащие силикаты железа, кальция
и кальциовюститы, различаются по основности (В = СаО/ SiO2) на низко (0,93-1,4)-,
средне (1,4-1,87)-, высоко (1,87-2,80)- и мультиосновные (≥ 2,80), образующиеся
на базе силикатов кальция, существующих на диаграмме состояния SiO2-СаО:
волластонит (СаОSiO2), ранкинит (3СаО2SiO2), белит (2СаОSiO2), алит (3СаОSiO2)
соответственно.
На тройной диаграмме FeO-SiO2-CaO эти шлаки находятся в области ППФ (бе-
литалитовые и «SiO2» – области, ранкинит - волластонитовые), содержащие раз-
личные концентрации FeO.
Структурный тип ионно-молекулярных комплексов указанных жидких шлаков
определяется геометрическими параметрами полигональной ячейки Fe4Si2Ca4O12
первичной промежуточной фазы 2FeOSiO22CaO в виде полимерной сетки разме-
рами 180х20 нм из 22-х атомов центрально-симметричной относительно силико-
новых элементов, соединенных атомами кальция и концевыми атомами железа с
кислородом:
.
В сталеплавильных шлаках предельные концентрации закиси железа не превы-
шают 20-30 %, так как разбавляются оксидами марганца, фосфора, серы и других
химических элементов, достигая оптимального состава на базе тройной эвтектики
FeO3SiO24CaO (ранкинит), FeOSiO22CaO (белит) и 2FeOSiO24CaO (алит).
Реакционная способность жидких конвертерных шлаков зависит от их структурно-
химического состояния, которое определяется химическим составом, отвечающим
максимальной степени эвтектичности и структурной разупорядоченности при тем-
пературах металлического расплава. Эвтектичность состава шлака обеспечивает
максимальный его перегрев в активированном состоянии за счет раскисления
химически активными элементами.
Ниже приведены результаты анализа механизма ковшовой обработки полу-
спокойных сталей с использованием жидкого конвертерного шлака различной
основности на базе ранкинита (2SiO23CaO) и белита (SiO22CaO), а также твердых
шлаковых смесей (ТШС) и обожженного доломита (ОДМ), ферромарганца марки
ФМн70 (FeC2Mn4) и ферросилиция марки ФС65 (FeSi4).
Структурно-химическое состояние конечного конвертерного шлака (ККШ) типа
ранкинита рассмотрено ранее в сообщении 1. Химический состав ККШ – ранки-
нит содержит (%мас.): 19,3 FeO + 6,4 MnO + 29,5 SiO2 + 40,0 CaO + 3,2 P2O5 + 0,71 S
при основности 1,4, модуле шлака 1,9 и отвечает стехиометрической формуле
Р2О5SO332CaO22SiO24MnO12FeO.
Химический состав ККШ – белит содержит (%мас.): 16,8 FeO + 5,4 MnO + 25,6 SiO2+
+ 47,8 CaO + 2,8 P2O5 + 0,62 S при основности 1,87, модуле 2,34 и отвечает стехио-
метрической формуле Р2О5SO344CaO22SiO24MnO12FeO.
В качестве раскислителей шлака рассмотрены углеродистые материалы (УГМ)
и карборунд – карбид кремния (SiC).
Конвертерные шлаки, предварительно раскисленные углеродистыми материа-
лами (ККШ-УГМ)
Конечные конвертерные шлаки предварительно раскисляют углеродистыми ма-
териалами (коксовая мелочь, термоантрацит и другие) на выпуске полупродукта в
сталеразливочний ковш, в котором осуществляют окончательную обработку шлака
и металла присадочными материалами.
8 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 5 (83)
Получение и обработка расплавов
Механизм рафинирования при ковшовой обработке шлака и металла включает
последовательный ряд структурно-химических реакций шлакометаллических ком-
понентов:
(Р2О5SO332CaO22SiO24MnO12FeO)ККШ+20(С)ККШ+3{O2}+6[O]Me→
→6FeMe+18CO↑+2[C]Me+(Р2О5SO332CaO22SiO24MnO6FeO)ККШ; (1)
(Р2О5SO332CaO22SiO24MnO6FeO)РКШ+2(FeSi4)РКШ+5[O]Me→
→8FeMe+8(SiO2)РКШ+(Р2О5SO332CaO22SiO22MnO2Mn2+)AКШ +(S)РКШ; (2)
(Р2О532CaO22SiO22MnO2Mn2+)AКШ +(S)РКШ+[S]Me+8(SiO2)РКШ→
→(Р2О532CaO30SiO22MnO2MnS)РКШ; (3)
28(CaO)ТШС+(FeSi4)ТШС→FeMe+4(SiO2)РКШ+(20CaO8Ca2+)АКШ; (4)
(20CaO8Ca2+)АКШ +8[S]Ме→(20CaO8CaS)PКШ; (5)
11,5[FeSi4]Me+12[O]Me→11,5FeMe+6(SiO2)РКШ + 40[Si]Me ; (6)
15[FeC2Mn4]Me →15FeMe+60[Mn]Me +30[C]Me; (7)
(Р2О532CaO30SiO22MnO2MnS)РКШ+(20CaO8CaS)PКШ+10(SiO2)РКШ →
→(Р2О552CaO40SiO22MnO2MnS8CaS)РКШ; (8)
______________________________________________________________________
Σ: (Р2О5SO332CaO22SiO24MnO12FeO)ККШ +20(С)ККШ+23[O]Me+9[S]Me+3{O2}+
+14,5[FeSi4]Me+15[FeC2Mn4]Me→41,5FeMe+18CO↑+32[C]Me+40[Si]Me+60[Mn]Me+
+(Р2О552CaO40SiO22MnO2MnS8CaS)РКШ. (9)
Рафинировочный ковшовой шлак (РКШ), предварительно раскисленный УГМ
(уравнение 1) и активированный ФС65 (уравнения 2 и 4), полученный из ба-
лансового уравнения (9) в количестве 6,35 кг/т, имеет следующий химический
состав (%мас.): 37,8 SiO2+45,9 CaO+ +2,2 MnO + 2,8 MnS + 9,1 CaSO + 2,2 P2O5
при основности 1,21, модуль 1,50, отвечающий стехиометрической формуле
Р2О552CaO40SiO22MnO2MnS8CaS.
Присадочные шлакообразующие материалы для такого шлака включают жидкий
конвертерный шлак (ККШ) в количестве 4,48 кг/т и ТШС (СаО) 1,57 кг/т, для пред-
варительного раскисления которого используют 0,24 кг/т углерода и 0,5 кг/т ФС65,
для раскисления и легирования металлического расплава – 1,9 кг/т ФМ65 и 4,5 кг/т
ФМн70. Окисленность стали понизилась на 370 ррm, содержания серы – на 290 ррm
при достижении марочного состава стали (%мас.): 0,10 С + 0,11 Si + 0,33 Mn.
При использовании жидкого конвертерного шлака повышенной основности в
количестве 5,15 кг/т снижается расход извести до 0,9 кг/т с целью получения рафини-
ровочного ковшового шлака на базе ранкинита того же состава, в том же количестве
и с заданной адсорбционной емкостью. При замене извести на обожженный доломит
в количестве до 0,5 кг/т сокращается расход извести для наведения рафинировоч-
ного ковшового шлака и повышаются его жидкотекучесть и адсорбционная емкость
по сере на 10-15 % за счет образования сульфидов магния.
Конвертерные шлаки, предварительно раскисленные карборундом
Карборунд, также как и УГМ, присаживают на шлак при выпуске полупродукта в
сталеразливочний ковш.
Структурно-химические реакции механизма рафинирования в ковше шлако-
металлических компонентов представляют последовательный ряд:
(Р2О5SO332CaO22SiO24MnO12FeO)ККШ + 10(SiC)ККШ +11[O]Me → 2FeMe+ 8CO↑ +
+2[C]Мe+(S)ККШ+10(SiO2)РКШ+(Р2О532CaO22SiO22MnO2Mn2+)AКШ ; (10)
(Р2О532CaO22SiO22MnO2Mn2+)AКШ+(S)ККШ+[S]Me→
→ Р2О532CaO22SiO22MnO2MnS)PКШ; (11)
28(CaO)ТШС+6(SiC)ТШС+8[O]Me→(20CaO8Ca2+)АКШ+ 6(SiO2)РКШ+2[C]Me+4CО↑; (12)
(20CaO8Ca2+)АКШ+8[S]Me→(20CaO8CaS)PКШ; (13)
10[FeSi4]Me+4[O]Me→10FeMe + 2(SiO2)РКШ + 38[Si]Me; (14)
(Р2О532CaO22SiO22MnO2MnS)PКШ +18(SiO2)РКШ+(20CaO8CaS)PКШ→
→(Р2О552CaO40SiO22MnO2MnS8CaS)PКШ; (15)
15[FeC2Mn4]Me→15FeMe + 30[C]Me + 60 [Mn]Me (16)
_________________________________________________
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 5 (83) 9
Получение и обработка расплавов
Σ : (Р2О5SO332CaO22SiO24MnO12FeO)ККШ+28(CaO)ТШС+16(SiC)+10[FeSi4]Me+
+15[FeC2Mn4]Me+23[O]Me+9[S]Me→37FeMe+12CO↑+34[C]Me+38[Si]Me+
+60[Mn]Me+(Р2О552CaO40SiO22MnO2MnS8CaS)PКШ. (17)
Процессы рафинирования включают реакции (10), (12) раскисления конечного
конвертерного шлака, ТШС и металлического расплава карборундом, реакции (14),
(16) раскисления и легирования стали кремнием, марганцем и углеродом. Реакции
активации (10), (12) жидкого ККШ и ТШС за счет раскисления карборундом восста-
навливают марганец и кальций из оксидов, образующих в результате сульфиды MnS
и CaS. Рафинировочный ковшовой шлак, полученный из балансовой реакции (17) в
количестве 6,35 кг/т за счет жидкого ККШ (4,48 кг/т), SiC (0,64 кг/т), СаО (1,57 кг/т)
и ФС65 (1,68 кг/т), имеет структурную формулу Р2Ca60Si40Mn4S10О139 из 255 атомов в
жидком состоянии, представляющие полигональную ячейку (укороченная форма):
длиной 1442 нм, площадью 29000 нм2 и плотностью 113,7, рассчитанной из
приведенной площади.
Химический состав рафинировочного ковшового шлака, рассчитанный из
стехиометрического по формуле Р2О552CaO40SiO22MnO2MnS8CaS, содержит
(%мас.): 2,2 Р2О5 + 45,9CaO + 37,8 SiO2 + 2,2 MnO + 2,8 MnS + 9,1CaS с основностью
1,21, модуль 1,50.
Структура полигональной ячейки рафинировочного ковшового шлака (ПГЯ РКШ)
отличается от ПГЯ ККШ (см. сообщение 1) отсутствием закиси железа, серного ан-
гидрита и геометрическими параметрами. Адсорбционная емкость ПГЯ РКШ при
его массе 6,35 кг/т составляет, по отношению к ККШ, (кг/т): 1,12 СаО + 0,50 SiO2 +
+0,17 MnS + 0,58 CaS, при этом окисленность металла снижается на 0,37 [O] и сера
уменьшается на 0,29 при достижении марочного состава полуспокойной стали.
Эффективность процессов рафинирования при заданных технологических схе-
мах ковшовой обработки стали
Степень рафинирования стали по кислороду и сере, а также адсорбционная
емкость рафинировочных ковшовых шлаков к оксисульфидным шлаковым и неме-
таллическим включениям равнозначны независимо от способа предварительного
раскисления ККШ – УГМ или SiC. Это связано с тем, что химический состав РКШ
одинаков в обоих случаях, точно также как состав ККШ.
Однако равнозначная эффективность рафинирования стали достигается за счет
различных расходных коэффициентов присадочных материалов. При предвари-
тельном раскислении ККШ-УГМ расходуется 0,24 кг/т углерода и 2,4 кг/т ФС65, при
предварительном раскислении ККШ карборундом – 0,64 кг/т SiC и 1,67 кг/т ФС65.
Использование жидких конечных конвертерных шлаков с повышенной основностью
(1,87) сокращает расход извести в сталеразливочном ковше на 0,67 кг/т, дополни-
тельное сокращение извести за счет использования обожженного доломита, кроме
того, повышает жидкотекучесть и адсорбционную емкость РКШ.
Приведенные данные о расходных коэффициентах присадочных материалов по-
зволяют оценить экономический эффект при внедрении указанных технологических
схем ковшовой обработки конвертерной стали. При оценке экономического эффек-
та следует учитывать высокое содержание серы в УГМ (до 2 %) против карборунда
(≤ 0,5 %), а также отсутствие плавикового шпата – разжижителя ковшового шлака и
замены части извести на обожженный доломит.
Эффективность ковшовой обработки зависит от последовательного ряда ввода
присадочных материалов. Прежде всего необходимо учитывать накопление фосфора
в металле после его содержаний на повалке до 0,005 % против 0,015-0,020 % в го-
товой стали. Источником поступления фосфора в металл является ферромарганец,
содержащий до 0,5 % Р, и при его расходе не менее 5,0 кг/т вносится не менее
0,20 % Р. В связи с этим необходимо обеспечить заданную степень дефосфора-
10 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 5 (83)
Получение и обработка расплавов
ции за счет окисления фосфора в ферросплавах кислородом полупродукта с об-
разованием двухкальциевого пентафосфата, термически стабильного до 1700 0С
(см. сообщение 1). Присадка ферромарганца по технологическим инструкциям
предусматривается в последнюю очередь после раскисления металлического
расплава, тогда как необходимо его давать, в первую очередь, на струю жидкого
металла при его выпуске в сталеразливочный ковш.
В связи с этим рассматривается следующая схема ввода присадочных материа-
лов с использованием карборунда для ковшовой обработки полуспокойных сталей:
ФМн70-78 (4,0-4,5 кг/т) на струю при выпуске полупродукта в сталеразливочный
ковш → карборунд (0,64 кг/т)→ТШС (1,0 кг/т СаО + 0,5 кг/т ОДМ) → ФС65 (1,68 кг/т),
где ОДМ – обожженный доломит, содержащий 15-20 % магнезии.
Рациональная технологическая схема ковшовой обработки полуспокойных сталей
включает использование жидкого конечного конвертерного шлака в количестве до
5,0 кг/т и вышеприведенного порядка ввода присадочных материалов.
Дальнейшая доводка на УКДС или УКП заключается в достижении заданно-
го окисленного металлического расплава (≤ 50,0 ррm) в пределах марочного
состава за счет присадок ферросилиция марки ФС65, ферросиликокальция
марки ФС(50-70) к (15-30) и извести, обеспечивающих пониженную основность
ковшового шлака ≤ 1,87 и нормальной разливаемости стали.
Выводы
• Разработана методика нового графо-аналитического метода построения трой-
ных полигональных диаграмм состояния, представлена диаграмма и классификация
промежуточных фаз системы FeO-SiO2-CaO, определяющих оптимальный состав
окислительных конечных конвертерных и рафинировочных ковшовых шлаков на
основе ранкинита и белита (силикатов кальция) с пониженной (1,4) и повышенной
основностью (1,87).
• Проведен анализ механизма рафинирования ковшовой обработки шлака и
металла с использованием жидкого конвертерного шлака и ТШС без плавикового
шпата с предварительным раскислением ККШ и ТШС УГМ и SiC.
• Представлена технологическая схема ковшовой обработки полуспокойной кон-
вертерной стали, включающая заданную последовательность ввода присадочных
материалов, обеспечивающих максимальную степень рафинирования ковшового
шлака и металлического расплава: ФМн70-78 (4,5 кг/т) → карборунд (0,64 кг/т) →
→ ТШС (1,0 кг/т СаО + 0,5 кг/т ОДМ) → ФС65 (1,7 кг/т) с последующей доводкой на
УКДС и УКП присадочными материалами − ферросилицием, ферросиликокальцием,
известью и др.
1. Торопов Н. А., Борзаковский В. П. Высокотемпературная химия силикатных и других окис-
ных систем. − М.: Изд-во АН СССР, 1963. − 255 с.
2. Шелудяков Л. Н. Состав, структура и вязкость гомогенных силикатных и алюмосиликатных
расплавов. − Алма-Ата: Наука, 1980. − 155 с.
3. Методика построения полигональных диаграмм состояния бинарных металлургических систем
/ Б. Ф. Белов, А. И. Троцан, П. С. Харлашин и др. //Свідотцтво прав автора на твір, ПА № 2825
від 14.03.2000
4. Атлас шлаков: Cправочник: Пер. с нем. − М.: Металлургия, 1985. − 208 с.
5. Диаграмма состояния силикатных систем: Справочник / Под ред. В. П. Борзаковского.
− М.; Л.: Наука, 1972. − Том 3. − 448 с.
6. Структуризация оксидных фаз в процессах раскисления железоуглеродистых расплавов
кремнием и алюминием. Сообщение 2 / Б. Ф. Белов, А. И. Троцан, И. Л. Бродецкий и др.
// Процессы литья. − 2008. − № 4. − С. 56-62.
7. О строении силикатных шлаковых расплавов / Б. Ф. Белов, А. И. Троцан, П. П. Харлашин
и др. // Там же. − 2003.− № 2.− С.18-22.
Поступила 13.04.2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49831 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:34:46Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Буга, И.Д. Троцан, А.И. Белов, Б.Ф. Носоченко, О.В. Ивко, В.В. 2013-09-28T17:36:12Z 2013-09-28T17:36:12Z 2010 Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) / И.Д. Буга, А.И. Троцан, Б.Ф. Белов, О.В. Носоченко, В.В. Ивко // Процессы литья. — 2010. — № 5. — С. 3-10. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49831 669.168:669.017.12/13 Проведены анализ структурно-химического состояния и оптимизация состава плавильных и ковшовых шлаков с помощью полигональной диаграммы состояния системы FeO-SiO2-CaO. Предложен механизм рафинирования полуспокойных конвертерных сталей присадочными материалами при внепечной обработке. Проведено аналіз структурно-хімічного стану та оптимізація складу плавильних і ківшових шлаків за допомогою полігональної діаграми стану системи FeO-SiO2-CaО. Запропоновано механізм рафінування полуспокійних конвертерних сталей присадковими матеріалами при позапічній обробці. The analysis of structural-chemical state and optimization of the melting and ladle composition of slags by means the polygonal diagram of the system FeO-SiO2-CaO are conducted. The mechanism of the refining balanced converter steels by out-of-furnace treatment adding materials is proposed. Сообщение 1 опубликовано в журнале «Процессы литья». – 2010. – № 4. – С. 20-27. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Получение и обработка расплавов Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) Article published earlier |
| spellingShingle | Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) Буга, И.Д. Троцан, А.И. Белов, Б.Ф. Носоченко, О.В. Ивко, В.В. Получение и обработка расплавов |
| title | Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) |
| title_full | Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) |
| title_fullStr | Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) |
| title_full_unstemmed | Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) |
| title_short | Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. Сообщение 2) |
| title_sort | процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали (структуризация и оптимизация силикатных шлаков в процессах рафинирования полуспокойных сталей. сообщение 2) |
| topic | Получение и обработка расплавов |
| topic_facet | Получение и обработка расплавов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49831 |
| work_keys_str_mv | AT bugaid processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovoiobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâsilikatnyhšlakovvprocessahrafinirovaniâpoluspokoinyhstaleisoobŝenie2 AT trocanai processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovoiobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâsilikatnyhšlakovvprocessahrafinirovaniâpoluspokoinyhstaleisoobŝenie2 AT belovbf processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovoiobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâsilikatnyhšlakovvprocessahrafinirovaniâpoluspokoinyhstaleisoobŝenie2 AT nosočenkoov processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovoiobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâsilikatnyhšlakovvprocessahrafinirovaniâpoluspokoinyhstaleisoobŝenie2 AT ivkovv processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovoiobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâsilikatnyhšlakovvprocessahrafinirovaniâpoluspokoinyhstaleisoobŝenie2 |