Введение к работе
Актуальность работы. Переход к рыночному механизму управления экономикой СССР выдвигает'в число первоочередных задачу производства высококачественной продукции (в том числе и стали) с минимальными затратами. Решение этой задачи требует не только реконструкции производства с заменой устаревшего оборудования, но и разработки новых технологий, а так же совершенствования существующих. Проведение исследований в этом направлении невозможно без изучения взаимодействия оксидных систем и металла.
Оксидные системы, характерные для сталеплавильных процессов, неоднородны (гетерогенны). Гетерогенность этих систем, обусловленная незавершенностью формирования шлака, может быть устранена за счет интенсификации процесса шлакообразования. Гетерогенность, обусловленная наличием огнеупорной футеровки, насыщением различными оксидами и соединениями, неизбежна.' Разработка новых и совершенствование существующих технологий, выплавки стали невозможны без выявления и изучения влияния гетерогенности оксидной системы на процессы окислительного рафинирования металла. Эта задача является актуальной и по отношению к технологиям, основанным на использовании мартеновских печей. Такое положение объясняется тем, что около 5055 от всего объема стали производится и в ближайшие годы будет производиться с использованием мартеновских печей в связи с невозможностью осуществить в короткий срок значительные капитальные затраты для замены мартеновских печей другими сталеплавильными агрегатами. Кроме того, имеющаяся в стране тенденция к увеличению объема стального лома повышает роль мартена как сталеплавильного агрегата. Результаты исследований, проведенных с использованием мартеновской печи, применимы не только для совершенствования мартеновского процесса, но и при разработке технологий с использованием других сталеплавильных агрегатов, в том числе и принципиально новых( конвертер,обработка шлаком в ковше и т.д.)..
Таким образом, изучение закономерностей взаимодействия гетерогенных оксидных систем с металлическим расплавом с целью разработки и совершенствования технологии выплавки стали является актуальной задачей.
Цель и задачи исследований. Цель работы - разработка и внедрение технологии выплавки стали в условиях интенсивного шлакообразования с использованием закономерностей, обусловленных гетеро-
генностьш оксидной системы.
В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
-
Определение состава, свойств и порядка использования шла-кообразующих материалов, позволяющих интенсифицировать шлакообразование.
-
Изучение влияния интенсификации шлакообразования на технологические, и теплотехнические параметры процесса выплавки стали.
-
Выявление гетерогенности оксидной фазы и изучение особенностей процессов рафинирования металла с ее участием.
-
Разработка и внедрение технологии выплавки стали с использованием выявленных закономерностей.
Научная новизна. В результате проведенного анализа выявлена новая зависимость показателя распределения компонента между гетерогенным сталеплавильным шлаком и жидким металлом от его концентрации в шлаке. Показана применимость этой зависимости для выявления и качественной оценки гетерогенности различных шлаковых систем, сосуществующих с жидким металлом.
На основании опытных данных установлено, что интенсификация процесса шлакообразования не позволяет на ранней стадии плавки устранить гетерогенность оксидной системы, обусловленную наличием продуктов окислительного рафинирования и оказывающую определяющее влияние на распределение компонентов между шлаком и металлом. Показано, что при интенсификации шлакообразования, не приводящей к изменению состава твердых фосфор- и хромсодержацих оксидных фаз, концентрация фосфора и хрома в металле остается неизменной.
Установлено, что на ранней стадии мартеновской плавки твердая оксидная фосфорсодержащая фаза' находится не только в расплаве илака на поверхности металла, но и ниже ее, на извести под нерас-плавившимся ломом.
С использованием результатов промышленных исследований показано, что сера на ранней стадии мартеновской плавки концентрируется в жидкой составляющей шлакового расплава, а показатель ее распределения зависит от степени гетерогенности шлака. Содержание' марганца в твердой и жидкой фазах шлакового расплава может изменяться в широких пределах.
Установлено, что вследствие интенсификации процесса шлакообразования, приводящей к раннему формированию жидкого ферритного илака и твердой фазы из оксида и феррита кальция на поверхности известняка, появляются особенности в процессах разложения извест-
5 няка,. плавления, нагрева метатла и окисления его примесей.
На основании опытных данных показано, что снижение остаточных концентраций ванадия в металле после деванадации чугуна в кислородном конвертере возможно только при изменении состава твердой ванадийсодержащей фазы. Выявлена идентичность твердых ванадийсо-держащих фаз в условиях доменной плавки и миксера конвертерного цеха, которые предопределяют постоянство концентрации ванадия в металле на этих этапах переработки ванадийсодерхащего сырья.
Практическая ценность работы. Разработаны два варианта технологии выплавки стали скрап-рудным процессом с применением шлакооб-разующего агломерата. Один из них позволяет уменьшить расход жидкого чугуна на 20 без уменьшения производительности печи, снизить расход шлакообразующих материалов на 30% и себестоимость 1т стали на 1,05 руб., а второй создает предпосылки для улучшения условий дефосфорации в период плавления. Разработан способ выплавки стали, позволяющий интенсифицировать процесс плавления и уменьшить угар углерода. Способ прошел промышленное опробование и рекомендован при выплавке стали скрап-процессом и скрап-рудным процессом с продувкой ванны кислородом. На основании этого внесены изменения в технологическую инструкцию по выплавке стали в мартеновском цехе Северского трубного завода.
Разработанные рекомендации по совершенствованию шлакового режима, в период плавления мартеновской плавки внедрены в мартеновском цехе НТМК и на Северском трубном заводе, где получен годовой экономический эффект 106 тыс.руб.
Показана возможность и разработаны, рекомендации по замене плавикового пшата пемзой доменного шлака при выплавке стали из углеродистого полупродукта в кислородном конвертере. Рекомендовано изменение технологии деванадации ванадийсодержащего чугуна в кислородном конвертере с целью повышения степени извлечения ванадия.
На защиту выносятся:
-
Результаты термодинамического анализа и экспериментального изучения распределения компонентов между гетерогенной оксидной системой и металлическим расплавом.
-
Результаты изучения технологических особенностей процесса выплавки стали, проявляющихся при интенсификации шлакообразования.
-
Разработка новых и рекомендации по совершенствованию существующих процессов выплавки стали на основе выявленных физико-химических и технологических особенностей.
-> . б
4. Внедрение в производство новой и усовершенствованной технологии виплавки стали.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на У и УІ Всесоюзных конференциях по строению и свойствам металлических к шлаковых расплавов (Свердловск, 1983; Свердловск, 1986}; семинаре "Структура и свойства шлаковых расплавов" (і(урган, 1984); Всесоюзном семинаре "Применение результатов физико-химических исследований металлических и шлаковых расплавов для разработки металлургической технологии" (Челябинск, 1985); УІ научно-технической конференции "Передел чугунов и сплавов специального состава, включая природнолегировадаые и фосфористые" (Свердловск, 1988); У Всесоюзном совещании по химии, технологии и применению ванадие-бых соединений (Чусовой, 1987); X Всесоюзной конференции по физико-химическим основам металлургических процессов (Москва, 1991).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 15 печатных работах, получено одно авторское свидетельство.
Объем работы. Диссертация изложена на 188 страницах, состоит из введения, четырех глав, общих выводов, включает 41 рисунок, 18 таблиц, список литературы из НО наименований и приложения.