В электродуговой сталелитейной промышленности период окисления играет решающую роль в обезуглероживании, дефосфоризации и повышении чистоты расплавленной стали.
В предыдущей статье были систематически рассмотрены различные методы окисления, используемые в процессе окисления в электродуговой печи, а именно окисление с добавлением окислителей, продувка кислородом и комбинированный метод окисления.
В данной статье рассматриваются практические меры предосторожности, связанные с этими методами окисления, с целью предотвращения ненормальных условий в печи и обеспечения стабильного качества выплавки стали.
Почему нельзя добавлять избыток окислителей перед загрузкой в электродуговую печь?
Для реакций обезуглероживания в электродуговой печи необходима соответствующая температура расплавленной стали. Добавление избыточного количества окислителей перед загрузкой приводит к сильному эндотермическому эффекту, что увеличивает потребление электроэнергии и снижает температуру ванны.
Что еще более важно, оксиды железа имеют тенденцию накапливаться на границе раздела сталь-шлак. Как только температура становится подходящей, могут начаться интенсивные реакции углерода и кислорода, потенциально приводящие к бурному кипению расплава.
Поэтому перед загрузкой не следует добавлять большое количество окислителей. Можно использовать лишь небольшое количество, что благоприятно для раннего образования шлака и предварительной дефосфоризации.
Почему перед началом окисления руды необходима минимальная температура?
Углерод-кислородные реакции в расплавленной стали могут протекать интенсивно только выше определенной температуры. Для расплавленной стали с содержанием углерода приблизительно 1% значительное окисление углерода начинается примерно при 1550 °C.
Если руда добавляется слишком рано при недостаточной температуре, эффективность обезуглероживания остается низкой, а оксиды железа могут накапливаться на границе раздела фаз. По мере последующего повышения температуры это состояние может легко вызвать внезапное и сильное кипение.
По этой причине в практике производства стали в электродуговых печах устанавливается минимальная температура окисления руды для обеспечения стабильных реакций и снижения эксплуатационных рисков.
Почему в процессах комбинированного окисления рекомендуется последовательность «сначала руда, потом кислород»?
При применении комбинированного метода окисления в процессе электродуговой печи обычно рекомендуется следующая последовательность операций: сначала добавление руды, а затем продувка кислородом.
Предварительное добавление руды способствует относительно равномерному и повсеместному кипению расплава, что благоприятно для удаления растворенных газов и неметаллических включений. В то же время окисление руды поглощает большое количество тепла, способствуя снижению температуры расплава и созданию более благоприятных условий для дефосфоризации.
Если сначала применяется продувка кислородом, температура расплавленной стали имеет тенденцию к быстрому повышению, что неблагоприятно для удаления фосфора и снижает общую металлургическую эффективность периода окисления.
Как следует контролировать глубину и угол погружения кислородного копья во время подачи кислорода?
В процессе продувки кислородом в электродуговой печи при выплавке стали работа фурмы оказывает непосредственное влияние на безопасность печи и металлургические характеристики.
- Чрезмерная глубина погружения может привести к тому, что струя кислорода ударится о дно или боковую стенку печи, что вызовет серьезное повреждение огнеупорных материалов. Это также увеличивает разбрызгивание металла, поглощение газа и потери на охлаждение, замедляет повышение температуры и способствует слипанию шлака и металла на крыше печи. Это повышает риск выхода из строя панелей с водяным охлаждением и ускоряет износ фурмы.
- Недостаточная глубина погружения ограничивает взаимодействие кислорода в основном поверхностью шлака, что приводит к низкой эффективности обезуглероживания и низкому коэффициенту использования кислорода. Однако неглубокая продувка может ускорить повышение температуры ванны и иногда бывает полезна, когда температура стали слишком низкая.
На практике кислородная фурма обычно располагается примерно в 5–10 см от границы раздела сталь-шлак.
Угол наклона фурмы также имеет важное значение. Чрезмерно крутой угол фактически приводит к слишком глубокому продуву, в то время как слишком малый угол приводит только к окислению поверхности шлака. В промышленных электродуговых печах обычно используется угол наклона фурмы около 30°.
Как следует правильно контролировать давление кислорода во время подачи кислорода?
Давление кислорода оказывает существенное влияние на эффективность плавки, реакции в расплаве и качество стали в период окисления в электродуговой печи.
- Чрезмерно высокое давление кислорода может ускорить плавку лома и обезуглероживание, но также вызывает сильное разбрызгивание оксидов, увеличивает прилипание холодной стали к стенкам и крыше печи и снижает эффективность использования кислорода. Во время обезуглероживания чрезмерно интенсивное кипение может способствовать поглощению газов расплавленной сталью, ухудшая качество стали и ухудшая условия работы передней части печи.
- Чрезмерно низкое давление кислорода приводит к медленному плавлению и обезуглероживанию, увеличивает время нагрева и вызывает слабое кипение в расплаве, что неблагоприятно для удаления газа и включений.
Следовательно, давление кислорода необходимо тщательно подбирать и постоянно контролировать в соответствии с условиями работы печи.
Почему запрещено подавать кислород при слишком низком давлении кислорода?
При слишком низком давлении кислорода большая часть кислорода реагирует с железом на границе раздела сталь-шлак, образуя оксиды железа, которые накапливаются в шлаке. В то же время недостаточное перемешивание расплава ограничивает перенос массы углерода к границе раздела реакций.
В таких условиях, при повышении температуры, ванна становится крайне восприимчива к внезапному и сильному кипению. По этой причине продувку кислородом не следует проводить при недостаточном давлении кислорода во время выплавки стали в электродуговой печи.
