Влияние низковольтной электрической энергии на формирование свойств шлаков при выплавке металла в конвертере

Результаты лабораторных и промышленных исследований по отработке способа наложения низковольтного электрического потенциала на конвертерную ванну свидетельствуют о существенном изменении химического состава шлака под влиянием такого воздействия, а также влияния полярности потенциала на содержание основных компонентов в шлаке. В связи с тем что в силу известных экспериментальных трудностей получение данных по изменению состава шлака в процессе продувки плавки в производственных условиях не представляется возможным, такое исследование было выполнено в лабораторном 300-килограммовом конвертере. Это относится и к определению физических характеристик шлака.

Для более глубокого изучения особенностей формирования свойств шлакового расплава при наложении на конвертерную ванну низковольтных электрических потенциалов применена методика физико-химического моделирования структуры многокомпонентных металлических и шлаковых расплавов [1, 2].

Исследованы три варианта плавки: без электрических воздействий; с отрицательной и положительной полярностью подводимого к фурме электрического потенциала.

В табл. 1 приведены исходные параметры и результаты расчетов по данным лабораторных исследований, из которых следует, что при практически идентичных начальных условиях проведения плавок при различных вариантах воздействия получены шлаки с разными характеристиками. Так, наибольшее содержание СаО в шлаке достигнуто при отрицательной полярности потенциала, а наименьшее - на плавках без электрических воздействий. Что касается основности шлака, то на ее величину повлияло также исходное содержание кремния в чугуне, поэтому ее распределение было следующим: 1,54, 1,79 и 1,86 соответственно для

r, r TTrr? r: [f.ar-jjjtfrrM /70

- 2 (38). 20061 f 9

/ \

The considerable influence of electric effect on viscosity, surface tension and electrical conduction of the slag is determined and also the dependence of the character of these characteristics change on potential polarity is revealed.

_^J.

.244

плавок без электрических воздействий, с отрицательной и положительной полярностью потенциала.

Количество сформировавшегося шлака для плавок с отрицательной полярностью было в 1,37 раз больше, а при положительной — в 1,18 раз меньше, чем для плавок без электрических воздействий. Увеличение количества шлака при отрицательной полярности объясняется более благоприятными условиями для повышения массы оксидов двухвалентного железа и лучшим усвоением извести. Следствием этого является, как показывает визуальная оценка, формирование активного жидкоподвижного шлака. Расчеты физических характеристик, по упомянутой выше методике, также свидетельствуют (табл. 1) о том, что при этой полярности по сравнению с остальными изученными вариантами шлаки имеют наименьшую вязкость, наиболее высокую электропроводность и более низкое по сравнению с положительной полярностью поверхностное натяжение. Увеличение жидкоподвижности при прочих равных условиях обусловливает возможность более эффективного поглощения примесей (серы, фосфора и др.). Хорошая электропроводность шлака дает основания рассчитывать на улучшение условий передачи электрической энергии конвертерной ванне и повышение влияния последней на процессы, происходящие в рабочем объеме конвертера. Первое из этих положений подтверждается результатами анализа шлаков. Так, коэффициенты распределения серы и фосфора между шлаком и металлом при отрицательной полярности были соответственно в 1,3 и 2,9 раз выше, чем на плавках без воздействий.

При положительной полярности потенциала отмечено не только наименьшее количество шлака, но и самое низкое содержание в нем оксидов железа. Шлаки при этой полярности отличаются высокой (0,073 Н • с/м2) вязкостью, более низкой электропроводностью, что предполагает меньшую

В. Ф. ПОЛЯКОВ, С. И. СЕМЫКИН, Е. В. СЕМЫКИНА,

Д. Н. ТОГОБИЦКАЯ, Т. С. СЕМЫКИНА, ИЧМ HAH Украины удк ш }

ВЛИЯНИЕ НИЗКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ФОРМИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ШЛАКОВ ПРИ ВЫПЛАВКЕ МЕТАЛЛА В КОНВЕРТЕРЕ

М1П г:тггг:гг ггшмлтп'к

/ 2 (38). 2006 -

Таблица 1. Технологические и расчетные показатели опытных и сравнительных плавок, выполненных в лабораторных условиях

Показатель Плавки без воздействий Плавки с электрическим потенциалом полярности

отрицательной положительной

Масса жидкого чугуна, кг 304 302 303

Масса лома, кг 3,3 10,0

Добавка извести, кг 12 12 12

Химический состав чугуна, %:

кремний 0,75 0,78 0,67

сера 0,013 0,014 0,017

фосфор 0,155 0,097 0,143

Химический состав стали, %:

углерод 0,026 0,023 0,027

сера 0,012 0,012 0,013

фосфор 0,087 0,035 0,055

Параметры шлака, %:

8ю2 16,70 20,85 17,10

р2о5 1,20 1,42 0,48

МпО 5,86 3,20 4,20

Са8 0,038 0,050 0,040

СаО 25,80 37,45 31,80

mgo 10,4 12,4 15,9

БеО 21,00 20,05 17,70

Основность 1,54 1,79 1,86

Масса шлака, кг 28,1 32,7 23,8

Физические параметры шлака:

вязкость, Н*с/м2 при Г=1500°С 0,071 0,068 0,073

плотность шлака, т/м3 3,84 3,83 3,77

поверхностное натяжение, кДж/м2 332 336 342

электропроводность, Ом-1*см-1 15,0 17,0 14,0

Степень десульфурации, % 15,1 21,1 29,6

Степень удаления фосфора, % 48,4 66,8 64,6

Степень распределения шлак-металл:

серы 3,17 4,17 3,08

фосфора 13,79 40,57 8,72

Удельная мощность, кВт/т - 4,0 4,0

эффективность их использования при решении задач десульфурации путем перевода серы в шлак. Это подтверждается значениями показателей распределения серы между шлаком и металлом, который имеет наименьшее (3,08) значение. Вместе с тем полученная в лабораторных условиях наибольшая степень десульфурации по сравнению с двумя другими вариантами (29,6 против 21,1 и 15,1%) позволяет сделать предположение, что в этом случае складываются благоприятные условия для удаления серы в газовую фазу.

Исследование характера изменения физических свойств шлаковых расплавов по ходу продувки плавки показало, что электрические воздействия увеличивают (отрицательная полярность) или уменьшают (положительная полярность) плотность формируемого шлака по сравнению с обычными плавками на протяжении всей продувки металла. Это, в первую очередь, отражает насыщаемость шлака тяжелыми оксидами железа, причем наиболее значительное различие характерно для начала продувки. Вязкость шлаков также снижается в первой трети продувки, но вследствие увеличения температуры ванны, а также за счет насыщения шлака оксидами железа удер-

живается на достаточно низком уровне до конца процесса конвертирования, характерном и определенном для каждой полярности потенциала. Электрическая проводимость формируемого шлака по ходу продувки заметно повышается.

По ходу продувки при электрических воздействиях отмечено более быстрое нарастание основности шлакового расплава. В большей мере этому способствует отрицательная полярность потенциала на фурме.

С использованием результатов плавок, проведенных в промышленных условиях на 60-тонных конвертерах, изучено влияние электрических воздействий на формирование конвертерных шлаков в условиях широкого диапазона изменения содержания кремния в чугуне, поскольку концентрация этого элемента значительно влияет на ход и показатели процесса.

В целом анализ полученных данных (табл. 2) подтвердил выводы, сделанные на базе лабораторных исследований, в первую очередь, в отношении влияния электрических воздействий на формирование шлаков и, как результат, повышения их рафинирующей способности.

ШТГгО г / 01

-- 2 (38). 2006 / и I

Таблица 2. Технологические и расчетные показатели плавок, проведенных на 60-тонных конвертерах с применением низковольтных электрических воздействий

Показатель Плавки без воздействий Плавки с электрическим потенциалом, полярность

отрицательная положительная

Масса жидкого чугуна, т 58,9 58,3 58,6

Масса металлолома, т 6,8 6,8 6,9

Добавки извести, т 4,1 4,2 4,2

Добавки плавикового шпата, т 0,11 0,05 0,14

Химический состав чугуна, %:

кремний 0,80 0,81 0,85

сера 0,032 0,031 0,030

фосфор 0,037 0,038 0,039

Химический состав стали, %:

углерод 0,26 0,22 0,23

сера 0,033 0,028 0,031

фосфор 0,011 0,011 0,013

Параметры шлака, %:

8Ю2 20,43 19,98 22,19

МпО 3,68 3,88 4,22

р2о5 0,74 0,72 0,74

СаБ 0,10 0,11 0,05

сг2оэ 0,52 0,50 0,49

СаО 49,35 50,86 47,65

mgo 7,74 7,54 8,89

А1203 1,13 1,18 1,28

РеО 14,55 13,43 13,31

Основность 2,44 2,57 2,16

Масса шлака, кг 5,2 5,4 5,0

Физические параметры шлака:

вязкость, н *с/м2 при Т=1500°С 0,085 0,067 0,075

плотность шлака, т/м3 3,87 3,86 3,83

поверхностное натяжение, кДж/м 363,2 364,8 361,0

электропроводность, Ом_1*см_1 12,8 13,5 10,2

Степень десульфурации, % 5,22 20,1 8,12

Степень удаления фосфора, % 73,63 74,8 69,06

Распределение шлак-металл:

серы 3,2 4,1 1,7

фосфора 82,3 80,7 68,4

Удельная мощность, кВт/т - 0,12 0,10

Для более детального изучения влияния электрических потенциалов на свойства конвертерных шлаков опытные и сравнительные плавки, выполненные в одном временном интервале при сопоставимых значениях исходных параметров, дифференцированы по содержанию кремния в жидком чугуне, поскольку на практике содержание этого элемента изменяется весьма существенно (от 0,55 до 1,1%). При этом нашли подтверждение известные тенденции и классические зависимости, а также установлено существенное различие в показателях в зависимости от варианта воздействия. Как и следовало ожидать, с увеличением содержания кремния в чугуне заметно повышается содержание диоксида кремния в покровном шлаке во всех исследованных вариантах. Выявлено, в частности, что при одинаковом содержании этого компонента уровень значений 8Ю2 при отрицательной полярно-

сти выше, а при положительной — ниже по отношению к сравнительным плавкам.

Таким образом, проведенное исследование позволило установить существенное влияние электрического воздействия на вязкость, поверхностное натяжение и электропроводность шлака, а также зависимость характера изменения этих свойств от полярности потенциала. Отмеченные различия приводят к изменению характера взаимодействия шлака с металлическим расплавом и газовой фазой и могут быть использованы для повышения степени рафинирования металла от вредных примесей.

Литература

1. Приходько Э.В. Физико-химическая модель структуры шлакового расплава // Сталь. 1990. № 10. С. 14-22.

2. Приходько Э.В. Физико-химическая модель структуры металлических расплавов / Изв. АН СССР. Металлы. 1986. № 4. С. 20-26.