Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ ВСПЕНЕННОГО ШЛАКА НА ПОКАЗАТЕЛИ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ МЕТАЛЛИЗОВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ В ВАННЕ ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Федина В.В. Малахова О.И. Сазонов А.В.
Систему вспененного шлака называют пеной тогда, когда объём жидкой фазы по сравнению с объёмом газовой фазы настолько мал, что жидкость присутствует в виде отделенных один от другого газовыми пузырями, причем эти пузыри уже не могут перемещаться свободно [1]. В условиях непрерывной загрузки железорудных металлизованных окатышей (ЖМО) в шлак 150-т ДСП окатыши нагреваются и плавятся в шлаковой фазе с образованием газов СО и СО , вследствие окисления углерода в ЖМО. Этот газ, вызывающий вспенивание шлака, образуется в металлической ванне [2] за счет окисления углерода кислородом, растворенного в жидком металле [1, 3].

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

14,274

13,573

-

Расход топлива и кислорода (ТКГ), м3

-

-

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

  1. Охотский В.Б. Вспенивание сталеплавильных шлаков Известия ВУЗов «Черная металлургия» №6, 1998, с.2-10.
  2. Трахимович В.И., Шалимов А.Г. Использование железа прямого восстановления при выплавке стали. - М.: Металлургия, 1982 - 248с.
  3. Григорян В.Н., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. - М.: Металлургия, 1979 - 272с.
  4. 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.

Библиографическая ссылка

Федина В.В., Малахова О.И., Сазонов А.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ ВСПЕНЕННОГО ШЛАКА НА ПОКАЗАТЕЛИ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ МЕТАЛЛИЗОВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ В ВАННЕ ДУГОВОЙ ПЕЧИ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 2. – С. 71-72;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22295 (дата обращения: 21.10.2021).

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