В электродуговой сталелитейной промышленности период окисления является одним из наиболее критических этапов при применении технологии окислительной рафинировки. Качество его работы оказывает решающее влияние на чистоту стали и контроль ее состава, особенно когда загружаемые материалы содержат относительно высокое количество примесей.
При низком качестве лома или высоком содержании примесей надлежащий контроль периода окисления становится крайне важным для обеспечения стабильного процесса рафинирования на последующих этапах и достижения требуемого качества стали.
Основные задачи окислительного периода в электродуговой выплавке стали
С металлургической точки зрения, период окисления при выплавке стали в электродуговой печи выполняет несколько ключевых функций:
- Дефосфоризация
- Дегазация расплавленной стали
- Удаление неметаллических включений
- Равномерный нагрев расплавленной стали до температуры выше температуры выпуска расплава.
Эти цели достигаются главным образом за счет кипения, вызванного реакциями окисления углерода. Стабильное и равномерное кипение улучшает массоперенос между расплавленной сталью и шлаком, что имеет основополагающее значение для эффективного удаления фосфора, удаления газов и флотации включений.
Общий подход к эксплуатации в период окисления
Для обеспечения успешной окислительной рафинировки оперативный контроль обычно начинается в конце стадии плавления:
- Окислительные реакции инициируются на поздней стадии плавления, создавая благоприятные условия для раннего дефосфоризации;
- После достижения достаточной температуры расплавленной стали окисление усиливается путем добавления руды и/или продувки кислородом для обеспечения равномерного и устойчивого кипения;
- В зависимости от содержания фосфора в расплавленной стали часть шлака отводится, а при необходимости образуется новый шлак;
- Когда температура стали и ее химический состав (например, содержание углерода и фосфора) достигают требуемых значений, шлак полностью удаляется, что знаменует собой окончание периода окисления и переход к стадии восстановления.
Принципы работы окислительного периода
Хотя период окисления включает в себя множество задач рафинирования, они принципиально связаны с реакциями обезуглероживания. Однако дефосфоризация и обезуглероживание предъявляют разные требования к температуре и условиям шлака:
- Для дефосфоризации требуются умеренные или низкие температуры, большой объем шлака и высокоокислительный шлак с хорошей текучестью;
- Для обезуглероживания требуются более высокие температуры и более тонкий слой шлака.
Исходя из этих характеристик, общие принципы работы процесса окисления в электродуговых печах можно суммировать следующим образом:
- Последовательность окисления: удаление фосфора предшествует удалению углерода;
- Регулировка температуры: постепенное повышение температуры, сначала медленное, затем более быстрое;
- Практика работы со шлаком: сначала большой объем шлака для дефосфоризации, контролируемая промывка шлака во время удаления фосфора, затем обезуглероживание тонкого шлака.
Основная схема процесса окисления
После полного расплавления шихты в печи и тщательного перемешивания отбираются образцы расплавленной стали в соответствии с требованиями к составу марки стали. Анализируются ключевые элементы, такие как углерод, марганец, сера и фосфор.
Впоследствии скоординированно проводятся дефосфоризация, обезуглероживание и повышение температуры. Когда химический состав и температура оказываются в заданном диапазоне, шлак удаляется для завершения периода окисления, и процесс переходит к стадии восстановления.
В процессе окислительной рафинировки как дефосфоризация, так и обезуглероживание требуют использования шлака с высоким окислительным потенциалом и хорошей текучестью. На практике:
- Оптимальная основность шлака для дефосфоризации обычно составляет 2,5–3,0;
- В процессе обезуглероживания основность шлака обычно составляет около 2,0.
Поэтому крайне важен строгий контроль состава, количества и текучести шлака. Если текучесть шлака ухудшается из-за обрушения стенок печи или всплывания огнеупорных материалов, необходимо незамедлительное удаление шлака.
Методы окисления, обычно используемые в период окисления.
В процессе окислительной обработки стали в электродуговых печах обычно применяются несколько методов окисления, включая добавление окислителя, продувку кислородом и комбинированные методы окисления. Каждый метод имеет свои отличительные металлургические и эксплуатационные характеристики.
Окисление путем добавления окислителя
Окисление с использованием железной руды или аналогичных окислителей имеет следующие особенности:
- Обеспечивает относительно равномерное и широкодиапазонное кипение, что благоприятно для удаления газов и флотации включений;
- Это эндотермический процесс, благоприятный для дефосфоризации, но связанный с повышенным потреблением электроэнергии;
- Окислители могут вносить примеси, потенциально влияя на чистоту стали;
- Окислительные реакции происходят за счет диффузии шлака, что приводит к увеличению времени достижения равновесия реакции и затрудняет контроль процесса.
Окисление путем продувки кислородом
При кислородно-продувочном окислении кислород непосредственно реагирует с элементами расплавленной стали:
- Реакция является экзотермической, что приводит к быстрому повышению температуры и сокращению циклов очистки;
- В шлаке содержится относительно меньше оксида железа, что ограничивает дефосфоризацию при использовании только продувки кислородом;
- Эффективность дефосфоризации можно повысить, скорректировав методы продувки или сочетая продувку кислородом с добавлением руды;
- Высокая чистота кислорода и быстрая кинетика реакции способствуют повышению чистоты стали и снижению энергопотребления.
Опыт эксплуатации показывает, что комбинированное окисление с использованием как продувки кислородом, так и добавления окислителя обеспечивает явные преимущества с точки зрения качества стали, стабильности работы и общей эффективности рафинирования по сравнению с методами окисления по отдельности.
