Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕСУЛЬФУРАЦИИ СТАЛИ ПРИ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКЕ В АКОС

Харламов Д.А. Конорев А.В. Серкин М.А.
Рафинирование металла в ковше основным шлаком служит не только для защиты электрических дуг, но и для уменьшения содержания кислорода и серы, что позволяет проводить более глубокое рафинирование [1,2] металла вне ДСП, в агрегате комплексной обработки стали (АКОС).

При наводке рафинировочного шлака под дуги присаживают от 100 до 200 кг плавикового шпата и около 300 кг извести для плавок [3] арматурного сортамента и около 1000 кг извести для стали ШХ15. Таким образом увеличивают жидкоподвижность и основность шлака; интенсификация перемешивания способствует протеканию металлургических реакций между шлаком и сталью, в первую очередь, десульфурации:

 [S] + (CaO) = (CaS) + [О].

После выпуска из ДСП содержание СаО в шлаке увеличивается, что связано с присадкой извести на АКОС. В результате обработки промышленных данных установлено, что увеличение толщины шлака после присадки извести описывается следующим уравнением:

шл = 0,0035×Gизв,                    (1)

где Gизв - количество введенной извести, кг.

Содержание SiO2 в шлаке также несколько увеличивается, что связано с переходом кремния в шлак в результате предварительного раскисления стали ферросплавами, содержащими кремний. Поэтому основность шлака В= СаО/ SiO2 возрастает по мере растворения извести. Количество MgO уменьшается по ходу обработки стали в ковше, что связано с разбавлением шлака выше указанными флюсами. Содержание Al2O3 в шлаке также возрастает, в связи с присадками гранулированного алюминия на поверхность шлака, для его раскисления. Кроме того, значительная часть алюминия связывается с кислородом в металле в результате его раскисления. Присадки алюминиевых гранул и коксика на поверхность шлака способствуют снижению содержания железа (окисленности) с 13% до 0,5¸1,0 %. Это способствует интенсификации многих металлургических реакций, в том числе десульфурации стали.

Степень десульфурации (ηs) рассчитывали как:

f,              (2)

где [S] и [S]K - концентрация серы в металле, %, в двух последовательных пробах металла по ходу внепечной обработки, по данным химанализа стали.

Анализ исследований показывает, что увеличение окисленности шлака (Feобщ, %) приводит к значительному уменьшению величины ηS. Поэтому для сталей, содержащих алюминий, необходимо проводить раскисление шлака гранулами, а для стали ШХ15 (без алюминия) - раскислять шлак коксиком.

Статистическая обработка промышленных данных позволила установить зависимости степени десульфурации различных марок стали от толщины шлака (Ншл, мм):

f(3)

Анализ уравнений (3) показывает, что для марок с повышенным содержанием углерода степень десульфурации выше примерно на 7÷12 %.

Основность шлака (В = СаО/SiO2) и начальное содержание серы ([S]нач, %) в стали также оказывают значительное влияние на коэффициент ηS. Чем больше начальное содержание серы, тем легче ее удалить. Одновременное увеличение основности шлака путем присадки извести также способствует росту степени десульфурации до 30 ¸ 45 %.

Т.к. сера является поверхностно-активным веществом, увеличение площади контакта металла с рафинировочным шлаком приводит к увеличению величины hS, поэтому увеличение расхода аргона (Qар, м3/ч) на продувку расплава приводит к росту десульфурирующей способности шлака.

Таким образом, в результате статистического анализа всех влияющих технологических факторов на процесс десульфурации получили уравнение множественной регрессии зависимости конечной концентрации серы в стали [S]к:

[S]к = 9×10-3 - 2,2×10-6×Ншл - 16×10-4×В - 2,4×10-6×Т + 0,74×[S]н - 4,9×10-5τобр -3,1×10-5× Qар +

+ 17×10-5×Feобщ ; (R2 = 0,92),                        (4)

где Т - температура металла, °С, τобр - время обработки расплава, мин.

Анализ уравнения (4) показывает, что с ростом толщины шлака и его основности уменьшается конечная концентрация серы в стали. Продолжительность продувки расплава аргоном, увеличение интенсивности продувки и рост температуры стали также приводят уменьшению концентрации серы. При увеличении начальной концентрации серы и окисленности шлака условия десульфурации ухудшаются.

На основе представленных зависимостей разработали номограмму [4] для обеспечения заданной концентрации серы в стали от основных влияющих факторов.

Использование представленной номограммы необходимо для определения необходимой толщины шлака (или его основности), для достижения необходимой величины [S]к, в зависимости от начального содержания серы в стали.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Поволоцкий Д.Я. Внепечная обработка стали. М.: Металлургия, 1995, 256 с.
  2. Григорян В.А. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1989. 288 с.
  3. Клачков А.А., Красильников В.О., Фомин В.И. и др. // Электрометаллургия, № 4, 1999. с. 30-32.
  4. Харламов Д.А., Меркер Э.Э. Труды международной научной конференции «Образование, наука, производство и управление в ХХI веке», Ст. Оскол: ООО «ТНТ», 2004. Т2., с. 233-237.

Библиографическая ссылка

Харламов Д.А., Конорев А.В., Серкин М.А. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕСУЛЬФУРАЦИИ СТАЛИ ПРИ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКЕ В АКОС // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 2. – С. 53-54;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22280 (дата обращения: 06.04.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074