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

ганца. Представляют интерес и вопросы удаления значительных количеств марганца пз чугуна, поскольку в некоторых странах народной демократии (в частности, в Болгарии) имеются чугуны с весьма высоким содержанием марганца.

Разработка технологических положений передела чугуна с раз­ личным содержанием марганца должна базироваться на изучении термодинамических и кинетических особенностей окисления марганца. Поведение марганца в кислородно-конвертерном про­ цессе носит сложный характер, что определяется непрерывным

концентрации, являющейся максимальной для второй половины плавки, после чего наступает окисление (последняя треть продувки). Такой характер окисления нарушается лишь при исходном содер­ жании марганца в чугуне около 0,2%. В этом случае восстановле­ ния марганца из шлака практически не происходит, что объяс­ няется очень низкими концентрациями закиси марганца в начале продувки и дальнейшим постепенным их снижением с ростом окис­ ленное™ шлака и увеличением его количества. Поэтому при про­ дувке чугуна, содержащего 0,2% Мп, происходит постепенное снижение концентрации его в металле на всем протяжении плавки.

Скорость окисления марганца в начале продувки, а также по­ ложение минимума на кривой изменения концентрации при посто­ янном расходе кислорода определяются исходными концентра­ циями. Увеличение исходных концентраций марганца в чугуне приводит к сдвигу положения минимума на кривых концентра­

123

ционных изменений в сторону меньших концентраций углерода (минимальные концентрации появляются позднее).

Абсолютные значения минимальных концентраций также должны определяться исходными содержаниями марганца. Термо­ динамически это не вызывает сомнений, поскольку концентрация закиси марганца в шлаке возрастает пропорционально содержа­ нию марганца в чугуне и при одном и том же значении коэффи­ циента распределения остаточная концентрация марганца в ме­ талле прямо пропорциональна содержанию закиси марганца

вшлаке. Однако следует учитывать, что увеличение содержания марганца в чугуне и увеличение его угара приводят к быстрому росту количества шлака не только в результате образования за­ киси марганца, но и в результате образования закисей других элементов, прежде всего железа. Увеличение это весьма суще­ ственно и, как это будет показано ниже, при различии кон­ центраций марганца порядка 1,0% может достигать 5% массы чугуна.

Это приводит к тому, что количество марганца, перешедшего

вшлак при постоянных значениях коэффициента распределения, увеличивается; при этом прямая пропорциональность между ис­ ходными концентрациями марганца в чугуне и в стали нарушается. Именно этим объясняется, по-видимому, тот факт, что для чугунов

сразличным начальным содержанием марганца минимальные кон­ центрации марганца в первой половине продувки различаются значительно меньше, чем исходные. Так, при продувке чугуна, содержащего 0,2% Мп, минимальная концентрация в первой поло­ вине плавки составляет около 0,1 % Мп; соответствующие величины для чугуна с 0,6—0,8% Мп и более 1,5% Мп составляют 0,16—0,17

и0,22% (при различии исходных концентраций в 3,5—8 раз). Кривая, характеризующая окисление марганца при его исходном содержании >>3,5%,в этом отношении не характерна (см. рис. 40), так как температура в первом периоде продувки была значительно выше обычной, что не дает возможности сравнивать абсолютные значения концентраций.

Наличие близких минимальных концентраций марганца в пер­ вой половине продувки позволяет сделать заключение, важное для практики конвертирования: при работе со скачиванием шлака (что необходимо при высоком содержании фосфора в чугуне и вы­ плавке высокоуглеродистой стали и стали с минимальным содержа­ нием вредных примесей) количество марганца, удаляемого со шлаком, резко возрастает при повышении его концентрации в чу­ гуне. Следовательно, при одном и том же проценте использования марганца шихты потери его резко увеличиваются. При работе без скачивания шлака это явление выражено немного слабее, поэтому с точки зрения экономии марганца работа на чугунах с повышен­ ным его содержанием нецелесообразна.

Вначальный период продувки скорость окисления марганца практически не зависит от скорости окисления углерода. Это

123

связано с тем, что скорость окисления углерода в первые минуты продувки очень невелика (при обычной интенсивности подачи дутья) вследствие низких температур и высоких концентраций других примесей. Скорость окисления углерода в первом периоде процесса определяется в известной степени содержанием марганца, как уже указывалось ранее. Однако после окисления кремния и повышения температуры ванны до 1430—1450° С скорость окисле­ ния марганца уже полностью определяется скоростью окисления углерода.

Изменение скорости окисления углерода и марганца по ходу плавки видно из рис. 41. Кривые скорости окисления марганца представляют собой зеркаль­

рости обезуглероживания в конце плавки при уменьшении кон­

позволяет предполагать, что зависимость скорости окисления марганца от скорости окисления углерода (вернее, взаимосвязь между ними) носит линейный характер. Это предположение под­ тверждается опытными данными. Конечно, скорость окисления углерода не является прямым фактором, воздействующим на скорость окисления марганца, так как протекание реакций окис­ ления марганца и углерода пространственно разделено: окисление марганца происходит на границе металл—шлак, а углерода — на границах контакта металл—газовый пузырь, металл—твердые частицы и металл—футеровка агрегата. Но скорость окисления углерода определяет степень окисленности шлака, а следовательно, и скорость окисления марганца.

124

При одном и том же содержании углерода в ванне наиболее сильным фактором, определяющим поведение марганца, является температура. С увеличением температуры ванны скорость окисле­ ния марганца линейно (в первом приближении) уменьшается до отрицательных значений независимо от исходных концентраций марганца в чугуне (рис. 42). Следовательно, в течение первого периода плавки скорость окисления марганца может регу­ лироваться в кислородных конвер­ терах двумя факторами — темпера­ турой и скоростью окисления угле­ рода. В конце конвертерной плавки наблюдаются несколько иные соотно­ шения: с уменьшением скорости окис­ ления углерода основную роль играет окисленность шлака. Это, конечно, та же самая зависимость, но выражена она в другой форме.

марганца в металле перед выпуском определяется и его исходным содержанием. Взаимосвязь между

исходной концентрацией марганца и его содержанием в металле перед выпуском отсутствует только при выплавке стали из чу­ гуна, содержащего менее 0,20% Мп, что связано с крайне низ­ ким уровнем концентрации марганца в металле и шлаке по всему ходу продувки.

Кроме температуры металла и окисленности шлака (при одном и том же исходном содержании марганца в чугуне), на его содержа­ ние в стали перед раскислением существенное влияние должна оказывать и основность шлака (содержание в шлаке кремнекис-

лоты). Это связано с тем, что с ростом содержания кремнекислоты в основном шлаке увеличивается ионная доля SiO^ , что приводит

125

к росту активности закиси железа в шлаке согласно известному равенству

GFeO = N Feo+То2-; Yo- = 1>53jVsio4- — 0,17.

Рост активности закиси железа в шлаке при прочих равных ус­ ловиях должен привести к падению концентрации марганца в ме-

талле и, наоборот, увеличение основности шлака должно сопро­ вождаться ростом концентрации марганца в металле. Однако в реальных условиях конвертерных плавок увеличение основности всегда сопровождается увеличением окисленности шлака, что со­ вершенно подавляет влияние кремнекислоты. Поэтому зависимость

Рис. 45. Зависимость со­ держания марганца в ме­ талле перед раскислением от основности конечного шлака

концентрации марганца от основности (при одних и тех же содер­ жаниях углерода и температуре) носит характер, иллюстрируемый рис. 45. Для тех же плавок, для которых построен рис. 45, изме­ нение основности с ростом окисленности выражается следующими цифрами:

126