Обработка стали синтетическими шлаками, самоплавкими и твердыми шлакообразующими смесями
Синтетическим (от английского synthetic – искусственный) называют предназначенный для обработки стали в ковше шлак, который получают вне сталеплавильного агрегата.
Синтетические шлаки выплавляют в электропечах, циклонных плавиль-ных установках и других агрегатах. Жидкий шлак в необходимом количестве сливают в сталеразливочный ковш, который подают под выпуск. В процессе выпуска струя падающего в ковш металла эмульгирует шлак и металл с последующим разделением фаз . В результате эмульгирования резко увеличивается площадь поверхности раздела шлак-металл и скорость протекающих реакций. Результаты обработки определяются высотой падения струи металла, массой металла и шлака, физическими характеристиками и составом шлака и др. Обычно при расходах синтетического шлака 30 – 50 кг/т такая обработка позволяет в ходе выпуска плавки получать степень десульфурации стали равную 30 – 70%. Наиболее эффективная десульфурация металла наблюдается при выпуске плавки из крупнотоннажных агрегатов.
Первоначально для внепечной десульфурации стали были разработаны известково-глиноземистые шлаки состава, % масс.: 50 – 55 CaO, 37 – 43 Al2O3, < 7 SiO2, < 7 MgO, < 0,5 FeO. Для выплавки синтетических шлаков такого состава требовались дефицитные материалы с низким содержанием кремнезема.
Впоследствии была показана возможность эффективной десульфурации стали известково-шамотными шлаками состава, % масс.: 48 – 56 CaO, 6 – 10 MgO, 18 – 22 SiO2, 12 – 16 Al2O3, 0,5 CaF2, < 0,5 FeO.
Широкое использование синтетических шлаков сдерживалось отсутствием возможности размещения в существующих сталеплавильных цехах обору-дования для их выплавки. В связи с этим была разработана технология десульфурации стали в ковше самоплавкими шлаковыми смесями состава, % масс.: 12 – 14 алюминиевый порошок или алюминиевая стружка; 21 – 24 натриевая селитра; 20 флюоритовый концентрат; известь – остальное. Необходимое количество самоплавкой шлаковой смеси загружали в чугуновозный ковш и поджигали. Полученный таким способом жидкий шлак переливали из чугуновозного ковша в сталеразливочный и подавали под выпуск.
Использование самоплавких шлаковых смесей существенно упростило технологию получения синтетических шлаков. Однако, после нескольких крупных пожаров в отделениях подготовки смесей металлургические предприятия СССР от их использования отказались.
В настоящее время для внепечной десульфурации стали успешно используют твердые шлакообразующие смеси из 10 – 30% плавикового шпата и извести. По ходу выпуска плавки смесь вместе с раскислителями и легирующими загружают в ковш, при этом плавление смеси обычно завершается в течение 1 – 2 минут.
Особенность этой технологии заключается в том, что однородный шлак получается при наполнении второй половины ковша, когда мощность перемешивания стали и шлака падающей в ковш струей металла значительно уменьшается. В связи с этим десульфурирующая способность шлака используется не полностью. Поэтому после выпуска плавки целесообразно проводить дополнительное перемешивание шлака и металла продувкой в ковше аргоном.
Для повышения эффективности десульфурации стали на выпуске из сталеплавильного агрегата применяются предварительно переплавленные легкоплавкие шлаковые смеси. Примером может служить рафинирующая смесь ИРС-2 производства ОАО «НПП «Техмет» (г. Донецк) состава, % масс.: < 3 C, 53 – 60 CaOобщ, < 6 MgO, < 16 SiO2, 4 – 8 F, 4 – 6 (Na2O + K2O), 10 – 18 Al2O3, < 0,5 S, < 1,5 P2O5, < 2 MnO, < 3 FeO. Основность смеси, рассчитанная как отношение концентраций CaO и SiO2, обычно составляет не менее 3,5. Температура плавления смеси не превышает 1320 – 1350оС.