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

Таким образом, зависимость концентрации марганца в металле перед выпуском от основности шлака (или содержания кремнекислоты в нем) является косвенным выражением зависимости концентрации марганца от окисленности шлака.

Поскольку процесс продувки конвертерной ванны сверху су­ щественно отличается от других процессов сталеварения (воз­ можность регулирования окисленности шлака по ходу процесса при одновременно высоких скоростях окисления углерода, нали­ чие высокотемпературной реакционной зоны и т. д.), представляет интерес исследование вопроса приближения распределения мар­ ганца к равновесному в системе шлак—металл в условиях реаль­ ных конвертерных плавок.

Поведение марганца и распределение его в системе металл— шлак исследовали многие металлурги. Константы равновесия определены для различных условий и шлаков разного состава до­ статочно надежно. Это подтверждается тем, что константы равно­ весия, установленные различными авторами, достаточно хорошо совпадают в широком интервале температур:

lg*M„ = - ^ + l , 8 6 .

Также достаточно полно для мартеновских печей и конвертеров донного дутья изучены условия приближения распределения марганца между металлом и шлаком к равновесному. Различными исследователями установлено, что в конце плавки в этих агрега­ тах распределение марганца в системе металл—шлак прибли­ жается к равновесному, характерному для шлаков данного состава, причем отклонения невелики. Отдельные авторы считают [54], что в мартеновских печах распределение марганца между метал­ лом и шлаком приближается к равновесному уже в период плавле­ ния и практически соответствует ему в течение всего остального времени процесса.

Для оценки степени приближения марганца к равновесному состоянию в кислородном конвертере авторами проведено три

127

группы плавок с различным исходным содержанием марганца в чугуне. Пробы отбирали в течение продувки и определяли факти­ ческие значения констант равновесия:

к __ (МпО)

V(FeO) [Мп] '

Ввыражение для К вводили суммарные концентрации закиси железа, полученные пересчетом общего железа на его закись; при расчетах принимали, что активность марганца в шлаке не слишком отличается от единицы. Технологические данные по использованным опытным плавкам приведены в табл. 31.

Изменение температуры металла по ходу продувки поддержи­ вали примерно одинаковым, присаживая охладители, что облег­ чало сравнение результатов, полученных при переделе чугуна различного состава. Результаты обработки приведены на рис. 46. В верхней части рисунка приведена усредненная кривая изменения температуры всех плавок. Соответственно изменению температуры на рис. 46 нанесены кривые расчетного изменения значений Кмп для кислых и основных шлаков.

.Так как основность шлаков при продувке чугуна в конверте­ рах увеличивается от минимальных значений в первичных шлаках (0,5—1,5) до величин более 3,0 в конечных шлаках, можно предпо-

J28

Рис. 46. Изменение константы распределения марганца по ходу продувки чугуна различного состава:

Дожить, что распределение марганца между шлаком и металлом в начале процесса отвечает значениям, характерным для кислого процесса, и в конце процесса отвечает значениям, характерным для основного процесса. Это предположение будет справедливым, если распределение марганца однозначно определяется температурой и содержанием кремнекислоты в шлаке. Однако кривые фактиче­ ских значений /Смп (см. рис. 46) для большинства плавок распола­ гаются ниже соответствующей кривой для основных шлаков, хотя основность последних в этот период (15—20% всего времени про­ дувки) невелика. Характерно, что разброс значений /<мп относи­ тельно теоретических кривых очень велик (в начале продувки).

Анализ результатов позволяет установить, что максимальное приближение фактических значений Кмп к кривой, характери­ зующей кислые шлаки в начале и середине процесса, наблюдается для плавок, отличающихся очень небольшим содержанием закиси железа в шлаках соответствующего периода плавки (плавки для средне- и высокомарганцовистых чугунов). В противоположность этому, на плавках с высокой окисленностью шлака фактические значения Кмп меньше значений, соответствующих взаимодействию металла с основными шлаками уже после истечения 20—15% всего времени плавки.

Этот результат позволяет сделать вывод, что при достаточной окисленности шлака переход марганца в шлак (независимо от его исходного содержания и основности первичного шлака) заканчи­ вается через 15—20% времени плавки и не регулируется содержа­ нием кремнекислоты в шлаке. Влияние основности шлака при сравнительно высоком содержании углерода в металле (т. е. в пер­ вом периоде процесса) проявляется лишь при очень небольшой окисленности шлака и очень высоких концентрациях кремнекис­ лоты в шлаке. Это наблюдается при переделе высокомарганцови­ стого чугуна без присадок извести в первом периоде процесса. Высокие концентрации марганца и кремния в шлаках обусловили высокие значения АмпВ сравнении с величинами Кмп при переделе чугуна с более низким содержанием марганца.

Небольшие значения /Смп для низко- и среднемарганцовистых чугунов по истечении 15—20% времени продувки свидетельствуют о том, что к этому времени вместо окислительных условий для марганца создаются восстановительные и концентрация марганца

вметалле начинает возрастать, именно в этот период начинается интенсивное обезуглероживание ванны.

Наибольшее приближение к состоянию равновесия наблюдается

вконце плавки (см. рис. 46). В этот период окисление марганца сопровождается увеличением окисленности шлака. Степень при­ ближения к равновесным значениям, а также «направление» при­ ближения различны для различных условий продувки.

Изменение фактических значений Кмп в конце плавки в зависи­ мости от температуры приведено на рис. 4 7 для различных марок стали и типов чугуна. Анализ рис. 47 прежде всего показывает

130

значительный разброс опытных данных относительно теорети­ ческой кривой. Разброс определяется многими факторами, не находящими отражения в выражении константы равновесия: основностью шлака, скоростью окисления углерода и его содержа­ нием, неточностью измерения температуры и др. Особенно велик разброс для плавок, проведенных с чугуном, содержащим менее 0,8% Мп, что объясняется очень небольшим содержанием марганца в металле перед раскислением (не более 0,09% для кипящих ста­ лей) и большими ошибками определения Кмп- Именно поэтому связь между /Смп .и температурой в этом случае отсутствует и из дальнейшего рассмотрения исключается.

^Мп

Рас. 47. Зависимость показателя распределения марганца между металлом и шлаком /СМп от температуры металла для чугуна различного состава и различ­

ных марок стали:

Во всех остальных случаях зависимость Кмп от температуры проявляется достаточно отчетливо, и фактические данные не слиш­ ком значительно отклоняются от теоретических. Хорошее совпаде­ ние фактических значений Хмп с расчетными наблюдается лишь при очень высоких температурах, весьма редких даже в условиях опытного конвертера. Практически можно считать, что в конце плавки фактические значения Кмп не соответствуют равновесным, хотя отклонения весьма невелики.

Интересно отметить, что при высоком содержании марганца в металле, малых концентрациях углерода и невысоких скоростях его окисления в конце плавки (передел высокомарганцовистых чугунов, кипящая сталь) во всем интервале температур фактиче­ ские значения К ш выше расчетных, что свидетельствует о наличии ярко выраженных окислительных условий. Более высокие кон­ центрации углерода отвечают менее резко выраженным окисли­ тельным условиям ([С] — более 0,18%, передел среднемарганцо­ вистого чугуна) и меньшим значениям. Кмп- Особенно эта законо­ мерность заметна при сравнении зависимостей Кмп от темпера­ туры для рельсовой и кипящей сталей; при выплавке рельсовой стали отклонения от равновесия особенно велики. .Исходя из этого,