Особливості окислення вуглецю в кисневому конвертері при різних способах подачі дуття
До теперішнього часу киснево-конвертерний процес набув чільне положення серед існуючих способів масового виробництва сталі у всіх країнах світу. Виключно велике практичне значення цього процесу пояснюється його високою продуктивністю, придатністю для переробки чавунів практично будь-якого складу і металобрухту в кількостях до 30% від маси металошихти, можливістю отримання широкого сортаменту сталей, включаючи легованих, великою гнучкістю технології та високою якістю отримання продукції.
Сутність всіх класичних варіантів конвертерних процесів одержання стали приблизно однакова: в агрегаті (конвертері) проводять окисне рафінування металу, використовуючи в якості основного реагенту газоподібний кисень і нагрівання металу без підведення тепла із зовнішніх джерел за рахунок фізичного тепла рідкого чавуну і тепла екзотермічних хімічних реакцій.
Реакція окислення вуглецю в конвертерних процесах має настільки важливе значення, що управління киснево-конвертерної плавкою насамперед зводиться до управління процесом окислення вуглецю. Результат взаємодії струменя кисню з металом відбувається в кінцевому рахунку за сумарними реакціях:
[C] + {O2}={CO},
[C] + {O2}={CO2}.
Переважно розвиток отримує перша реакція, і в газах, що виділяються з ванни, зазвичай міститься 80 - 95% СО і 5 - 20% СО2 [1]. Високий вміст СО2 спостерігається при низькій температурі і високій окисленности ванни, що має місце на початку плавки, в кінці плавки дуже висока окисленность ванни можлива, якщо концентрація вуглецю низька (? 0,05%). Крім зазначених вище основних реакцій, в конвертері з верхньою продувкою отримує той чи інший розвиток реакція часткового окислення (допалювання) СО до СО2 над ванною:
{CO} + {O2}={CO2}.
конвертерний газ вуглець
Перебіг цієї реакції залежить від параметрів дуттєвого режиму: положення фурми і витрати кисню. Це ускладнює управління реакцією окислення вуглецю і тепловим станом ванни. Численні визначення складу газів, що виділяються з горловини конвертора, показують, що вміст СО 2 в ньому високе і зазвичай становить більше 15%. У результаті навмисного допалювання СО до СО 2 над ванною вміст СО 2 в конвертерному газі може збільшуватися в два рази і більше.
В даний час відсутні способи прямого вимірювання складу конвертерного газу, що утворюється в реакційній зоні, ступеня допалювання СО до СО 2 в газовій фазі і частки тепла від допалювання СО в тепловому балансі плавки. Ці параметри можна визначити розрахунком по математичної моделі періоду продувки конвертерної плавки при різних режимах подачі дуття. З цією метою розроблена математична модель періоду продувки, складена на основі рівнянь матеріального і теплового балансів параметрів плавки, що включають масу, склад і температуру металу, шлаку і газу.
У математичної моделі розрахунок всієї маси вапна проводиться по балансу шлакообразующих компонентів: CaO; SiO 2 і P 2 O 5 для заданої основності шлаку В:
В=CaO/(SiO 2 + P 2 O 5),
де CaO; SiO 2 і P 2 O 5 - концентрації відповідних компонентів в шлаку,%.
При розрахунку маси шлаку враховується надходження компонентів з усіх неметалічних матеріалів і утворюються при окисленні елементів металошихти.
Маса металу, що утворюється в конвертерної ванні в кінці продувки, визначається за балансом заліза.
Витрата кисню дуття проводиться з урахуванням його потреби на окислювальні процеси і надходження кисню з оксидами заліза з різних джерел.
Вихід газів (як утворюються при окисленні вуглецю і сірки, так і при розкладанні карбонатів і випаровування вологи) визначається за відповідними хімічним реакціям.
Для розрахунку температури металу враховуються всі статті приходу і витрати тепла (складається рівняння теплового балансу).
Нижче наведені формули для розрахунку маси матеріалів, отримані з балансових рівнянь, що складають основу математичної моделі.
Витрата вапна визначається за формулою:
де - маса вапна на плавку, кг/100 кг металошихти,%;
- основностьшлаку;
, - сумарне надходження в шлак відповідних оксидів з неметалічних матеріалів, кг/100 кг,%;
, - відповідно вміст CaO і SiO2 в вапна,%.
Кількість шлаку розраховується за співвідношенням:
де - маса утворюється шлаку, кг/100 кг металошихти,%;
- сумарне надходження в шлак всіх компонентів з неметал...
