Шлакообразование и требования к шлаку
Параметры шлакового режима — состав, вязкость, количество шлака и скорость его формирования оказывают сильное влияние на качество стали, выход годного металла, стойкость футеровки и технологию продувки.
Требования к шлаку. Шлаковый режим должен прежде всего обеспечить достаточно полное удаление фосфора и серы из металла во время продувки. С этой целью основность шлака должна быть достаточно высокой (от 2,5 до 3,7), а вязкость невелика, так как в густых шлаках замедляются процессы диффузии компонентов, участвующих в реакциях дефосфорации и десульфурации. При чрезмерно большой основности (3,8 и более) шлак начинает переходить в гетерогенное состояние; при недостаточной основности, т. е. повышенном содержании в шлаке SiO2, помимо ухудшения удаления фосфора и серы усиливается разъедание шлаком футеровки. Износ футеровки существенно усиливается при чрезмерной жидкоподвижности шлака и повышенном содержании в нем окислов железа. Увеличение количества шлака и его чрезмерная окисленность способствуют появлению выбросов и ведут к росту потерь железа со сливаемым шлаком в виде окислов. Повышение окисленности шлака вызывает также увеличение угара раскислителей. При слишком густом шлаке и повышенном его количестве возрастают потери железа со шлаком в виде корольков.
Скорость формирования шлака. В связи с кратковременностью продувки чрезвычайно важно обеспечить как можно более раннее формирование шлака; в противном случае из-за недостаточного времени контакта металла со шлаком не успеют завершиться дефосфорация и десульфурация. Кроме того, при продувке без шлака наблюдается повышенный вынос капель металла с отходящими газами и образование на фурме настылей металла.
В кислородно-конвертерном процессе с верхней подачей дутья имеются благоприятные условия для шлакообразования (растворения извести): 1) высокая температура в шлаковой зоне ванны (до 2000°С), вызываемая взаимодействием струи кислорода с металлом, включая корольки металла, находящиеся в шлаке; 2) интенсивное перемешивание ванны под действием струи кислорода и выделяющегося из ванны СО; 3) возможность изменения содержания оксидов железа в шлаке изменением положения кислородной фурмы относительно поверхности ванны. В таких конвертерах применение кусковой извести возможно при переделе любых чугунов: обычных (малофосфористых), высокофосфористых и природнолеги-рованных (ванадистого, хромникелевого и др.).
Формирование основного шлака сводится к растворению загружаемой в конвертер кусковой извести в образующейся с первых секунд продувки жидкой шлаковой фазе—продуктах окисления составляющих чугуна (SiO2, MnO, FeO). Известь тугоплавка (температура плавления СаО составляет 2570 °С), поэтому для ее растворения необходимо взаимодействие СаО с окислами окружающей шлаковой фазы с образованием легкоплавких химических соединений, которые расплавлялись бы при температурах конвертерной ванны.
Практика показала, что без принятия специальных мер растворение извести происходит медленно. Это объясняется тем, что реагируя с кремнеземом куски извести покрываются тугоплавкой оболочкой из двухкальциевого силиката 2CaO-SiOa (температура плавления 2130 °С), препятствующей дальнейшему растворению. Поэтому необходимо добавлять компоненты, понижающие температуру плавления этого силиката, а также самой извести. Наиболее эффективны в этом отношении CaF2 и окислы железа, в несколько меньшей степени MnO. Поэтому в конвертер в начале продувки обычно присаживают плавиковый шпат (CaF2), а обогащение шлака окислами железа достигают, начиная продувку при повышенном положении фурмы, и иногда за счет присадок железной руды, агломерата, окатышей, боксита.
