Файл: Квитко, М. П. Кислородно-конвертерный процесс.pdf

зоны не может быть выше температуры кипения железа при по­ стоянном атмосферном давлении (около 2650° С). Расчеты Л. М. Ефимова дают температуру реакционной зоны порядка 2650—2700° С. Согласно расчетам применительно к реакции обезуглероживания, при продувке чистым кислородом избытка тепла, возникающего в реакционной зоне, достаточно для испаре­ ния 0,36 кг-атома Fe на каждый моль введенного кислорода. В пересчете на условия продувки в кислородных конвертерах это соответствует примерно 7% массы металлошихты.

Практически такого пылевыделения не происходит, что обус­ ловлено интенсивным теплообменом в реакционной зоне и фильтра-

цией пыли через металл и шлак. Температура реакционной зоны существенно зависит от температуры ванны, содержания углерода в ванне и технологии плавки. С увеличением температуры ванны температура реакционной зоны растет. Это естественно, так как повышение температуры ванны затрудняет теплоотвод от реак­ ционной зоны. Зависимость температуры реакционной зоны от со­ держания углерода носит более сложный характер. Эксперимен­ тальные исследования температуры реакционной зоны примени­ тельно к верхнему кислородному дутью были выполнены на лабо­ раторном конвертере емкостью 50 кг [27 ] и промышленном агре­ гате емкостью 55 т [28].

Данные, характеризующие зависимость температуры реак­ ционной зоны и величины ее перегрева от содержания углерода, приведены на рис. 12 и 13 [27]. С понижением концентрации угле­ рода в металле температура реакционной зоны и величина пере­ грева ее (по сравнению с температурой стальной ванны) проходят через максимум, который трудно объяснить. Если считать, что при максимальной скорости окисления углерода приход тепла в ре­ зультате обезуглероживания максимален, то можно объяснить появление максимума на кривой абсолютных значений температур реакционной зоны. Однако максимум перегрева этим объяснить нельзя, так как в начале продувки в лабораторном конвертере

58

при отсутствии других элементов окисление углерода должно начинаться с момента продувки и начальные скорости не должны существенно отличаться от максимальных.

Сравнение приведенных данных с результатами, полученными в работе [28] (рис. 14), также заставляет усомниться в правиль-

t , °С

2100

ности замера температуры реакционной зоны в работе [27]. Тем­ пература реакционной зоны при содержании углерода окодр 1,5% (см. рис. 12) равна 2870° С, т. е. выше температуры кипения же­ леза при атмосферном давлении. При этих условиях вынос пыли должен соответствовать полному окислению железа в реакционной*

в присутствии присадок температура реакционной зоны снижается, так как температура ванны тоже уменьшается. Различие темпера­ тур реакционной зоны при работе с ломом и рудой (рис. 15) также

59

объясняется тем, что в начале продувки температура ванны при охлаждении ломом существенно ниже, чем при охлаждении рудой, присаживаемой отдельными порциями по ходу плавки.

Таким образом, можно считать установленным, что темпера­ тура реакционной зоны в практических условиях конвертерной плавки колеблется в пределах 2100—2600° С, при перегревах 500—800° С. Максимальные значения перегрева и температур могут относиться, по-видимому, к сильно перегретым плавкам.

Наличие высокотемпературной реакционной зоны, как уже указывалось выше, предопределяет появление выноса значитель­ ного количества пыли. Существует несколько теории пылеобразования при продувке металла кислородом. Одна из теорий, которой придерживаются большинство металлургов, заключается в том, что при высоких температурах, возникающих при контакте струн с металлом, происходит испарение железа с последующим его окислением кислородом в полости агрегата. Выше уже указыва­ лось, что, согласно этой теории, максимальное количество пыли, выделяющейся из конвертера, может достигать —7% от массы садки. Значительно меньшее пылевыделение, как уже указыва­ лось, объясняется значительным теплоотводом от реакционной зоны и фильтрацией через металл и шлак.

Карбонильная теория дымообразования основывается на пред­

с температурой плавления 21° С и кипения 105° С. Карбонильная теория получила развитие в связи с тем, что при продувке металла кислородом пылевыделение наблюдалось в случае присутствия в металле углерода. Согласно этой теории, механизм образования пыли заключается в образовании карбонила при взаимодействии окислов железа с его карбидами с последующим разложением карбонила на железо и окись углерода и окислением железа.

Карбонильная теория вызывает сомнения прежде всего потому, что в отсутствие углерода отсутствует и агент для выноса пыли— отходящие газы. Однако это не доказывает отсутствия пылеобразования. Так, в опытах [27] отмечено, что при продувке металла, не содержащего углерода, пылеобразование происходило, однако вследствие отсутствия отходящих газов пыль осаждалась на стен­ ках тигля (визуально наблюдаемого выделения бурого дыма не было). Кроме того, карбонил железа при высоких температурах является неустойчивым соединением, что установлено вдуванием в жидкую ванну паров карбонила. В связи с изложенным, карбо­ нильная теория не может объяснить пылевыделение из конвер­ теров.

Многие исследователи считают основной причиной пылеобразования механический вынос частиц из реакционной зоны. Однако это мнение не согласуется с дисперсным составом конвертерной пыли, не содержащей крупных частиц. Дисперсный состав указы­ вает на конденсационное происхождение конвертерной пыли

60

(крупных частиц — более миллиметра — конвертерная пыль Ие со­ держит). Изменение дисперсного состава конвертерной пыли по ходу продувки показано в табл. 19.

Кроме указанного, следует отметить, что теория механического выноса не объясняет снижения выноса пыли при добавках к кис­ лороду влаги, газов, пара (хотя с точки зрения механической теории введение таких добавок не должно практически влиять на содержание пыли в отходящих газах).

Исходя из очень краткого обзора теорий пылеобразования в агрегатах, работающих с продувкой кислорода, можно все-таки говорить о предпочтительности теории, образования пыли в ре­ зультате испарения и последующего окисления железа в реак­ ционной зоне. Многие исследователи, придерживаясь этой точки зрения, расходятся в качественной оценке вторичных реакций, протекающих в газовой фазе.

Расхождения заключаются в основном в том, что отдельные авторы считают, что с поверхности металла испаряется чистое железо, окисляющееся затем в атмосфере агрегата. Эта точка зрения подтверждается прежде всего тем, что химический состав пыли зависит от степени окисленности атмосферы агрегата. Спе­ циальные исследования показали [29], что в сильно окислитель­ ной атмосфере агрегата частицы пыли состоят из Fe20 3, в инерт­ ной — из Fe30 4, в восстановительной — из Fe30 4 и FeO. Другие исследователи придерживаются мнения, что окислы железа обра­ зуются в реакционной зоне.

По нашему мнению, пылеобразование обусловлено образова­ нием в реакционной зоне как паров железа, так и закиси железа, однако преимущественное развитие испарения закиси железа и чистого железа происходит в различные периоды плавки. Теплоты

В начале продувки при слабом развитии массообмена в районе реакционной зоны, сравнительно высокой вязкости металла и малых температурах поставка углерода в реакционную зону огра­ ничена, восстановление закисной пленки углеродом происходит

61