Экспериментальные данные по изменению окисленности шлака и металла свидетельствует о высоком уровне окислительного потенциала в соприкасающихся фазах и о заметном влиянии температуры шлака и металла на процессы плавления ЖМО в ванне. Установлено, что уровень вспененной ванны 150-т ДСП постепенно снижается по ходу электроплавки, как при продувке ванны кислородом, так и в условиях применения ТКГ для воздействия на шлак [4].
Применение теплоэнергетического режима в 150-т. ДСП с нагревом шлака при погруженных в него электрических дугах [4] позволяет достигнуть высоких скоростей нагрева металла и плавления ЖМО, что обеспечивает хорошие показатели по энергосбережению процесса электроплавки. Это обстоятельство подтверждается опытными данными (табл.) полученными для условий работы 150-т. ДСП ОАО «ОЭМК».
Таблица1. Технико-экономические показатели процесса электроплавки ЖМО в дуговой печи при оптимальных значениях перегрева над линией «ликвидус» и с использованием ТКГ
|
Показатели |
А |
Б |
В |
|
Ёмкость ДСП, т |
150 |
||
|
Производительность, т/ч |
69,12 |
75,48 |
|
|
Расход кислорода, м3/т |
14,274 |
13,573 |
- |
|
Расход топлива и кислорода (ТКГ), м3/т |
- |
- |
4200 |
|
Расход электроэнергии |
618,9 |
578,4 |
537,39 |
|
Длительность плавки |
102 |
98 |
84 |
А - Типовой режим; Б - Режим с оптимизацией степени перегрева металла над линией «ликвидус»; В - Режим с применением ТКГ.
Из приведенных в таблице данных следует, что энерготехнологический режим работы 150-т ДСП с применением оптимального перегрева ΔT металла над линией «ликвидус» (Б), т.е. при 50 ≤ ΔT ≤ 75 и использованием ТКГ (В) позволяет в существенной мере улучшить основные технико-экономические показатели производства по сравнению с существующей практикой (А) работы дуговых печей в ЭСПЦ ОАО «ОЭМК».
По ходу электроплавки условия передачи энергии от дуг шлаку непрерывно изменяются под действием процессов протекающих между концом электрода, шлаком и ванной металла.
Установлено, что если дуга наполовину своей длины погружена в шлак, то общая степень передачи энергии (ηкиэ ) составляет 31-42 %, при условии, что общее количество остальной излучаемой дугой энергии распределяется между стенкой печи, сводом и жидкой ванной. Если дуга полностью погружена в шлак, то и излучаемая дугой энергия будет зависеть от толщины вспененного шлака и передаваться примерно на треть или наполовину (благодаря теплопроводности шлака) ванне металла. При этом коэффициент использования энергии (ηкиэ ) составит тогда соответственно 52-66 % и 80-93 %. Величина ηкиэ имеет наиболее высокие показатели при полном погружении дуг в объёме вспененного шлака. Так при неполном погружении электрических дуг в шлак ηкиэ заметно ниже чем в случае полного погружения дуг в шлак.
В условиях ЭСПЦ ОАО «ОЭМК» интенсификацию вспенивания шлака производили путём вдувания кислорода и угля (кокса) в ванну ДСП. При этом углерод рекомендуется вдувать в зону ниже уровня раздела шлак - металл для улучшения науглероживания ванны. При вдувании через фурму или ТКГ кислорода в шлак повышается его окисленность, а в верхней части ванны развивается высокая температура и значительно снижается содержание углерода, в результате чего из-за градиента содержаний углерода и температуры по высоте ванны возникает так называемая «отдача».
При низком расположении фурмы содержание оксидов железа в шлаке уменьшается, процесс обезуглероживания металла идёт в глубине ванны [4], поэтому на большей поверхности ванны шлак вспенивается. Дуги, погружённые в шлак, горят стабильнее, уменьшаются колебания силы тока и напряжения, что позволяет повысить подводимую мощность трансформатора примерно на 15% и, следовательно, сократить токовое время, общую продолжительность плавки и уменьшить удельный расход электроэнергии, вплоть до уровня около 120 кВт×ч/т жидкой стали или около 0,686 кВт×ч/град.
При возрастающей толщине слоя вспененного шлака повышается также степень дожигания монооксида углерода (CO) до диоксида углерода (CO2) в объёме шлака и, следовательно, повышается эффективность передачи теплоты от дожигания технологических газов в расплавленной ванне, что также способствует снижению удельного расхода электроэнергии и повышению производительности печи. Экономия энергии при плавке стали под вспененным шлаком достигает 10-30 кВт×ч/т для условий «ОЭМК».
Опыт работы 150-т дуговых печей на ЭСПЦ показывает, что формирование хорошо вспененного шлака обеспечивается при основности шлака В=(%СаО+%MgO)/ /(%SiO2+%Al2O3) равной 1,8-2,3, температуре ванны 1550-1580°С, содержании в шлаке около 20% FeO и 8-12% MgO, и содержании углерода в ванне 0,10-0,3%. Вспениванию шлака и устойчивости пены благоприятствуют повышенная вязкость шлака, низкое межфазное натяжение, малый размер и большой объём выделяющихся пузырей монооксида углерода [1, 3].
Установлено, что образующийся в шлаке оксид углерода (СО) обеспечивает наибольшее вспенивание в зоне присадки металлизованных окатышей в ванну дуговой печи. Это обстоятельство указывает на то, что в условиях интенсификации ванны кислородом (О2) и применения ТКГ наряду с локальным механизмом плавления ЖМО в шлаке имеет место интенсивное кипение сталеплавильной ванны по ходу плавки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Охотский В.Б. Вспенивание сталеплавильных шлаков Известия ВУЗов «Черная металлургия» №6, 1998, с.2-10.
- Трахимович В.И., Шалимов А.Г. Использование железа прямого восстановления при выплавке стали. - М.: Металлургия, 1982 - 248с.
- Григорян В.Н., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. - М.: Металлургия, 1979 - 272с.
- Федина В.В., Меркер Э.Э., Сидоров В.П. Труды международной научной конференции «Образование, наука, производство и управление в ХХI веке», Ст. Оскол: ООО «ТНТ», 2004. Т2., с. 201-204.