Металлургия черных и цветных металлов

на уровне порога рабочих окон. Произведение LE=*S м2 харак­ теризует печь площадью пода, имеющей конструктивное и технологическое значение, так как определяет тепловосприни­ мающую поверхность и площадь к'онтакта металла и шлака.

Опорные конструкции. Масса рабочего пространства и ма­ териалов, в ней находящихся, передается железобетонными устоями на фундамент. На устои кладут плиты, на них — несу­ щие продольные и поперечные балки и стальной лист 20— 30 мм, на котором выкладывают под печи.

Устройство пода. Для основной печи на лист кладут асбест, на него 1—2 ряда шамотного кирпича и слой магнезитовой кладки, на которой создают наварной слой. Общая толщина пода больших печей 1000—1200 мм. Наилучшие результаты дает наварка смеси магнезитового порошка 80 %, окалины 7 % и мартенового шлака 13%. Эта смесь имеет огнеупорность ~2000 °С и температуру спекания 1100 °С. Кладку пода про­ питывают мартеновским шлаком. Наварку производят слоями. При спекании магнезит остается в твердом состоянии (тем­ пература плавления 2880 °С), частично растворяясь в шлаке, образуя магнезиоферрит Mg0 -Fe203, который вместе с дру­ гими легкоплавкими соединениями является цементирующей связкой кристаллического монолита. Под кислой печи выкла­ дывается из нескольких рядов динасового кирпича и имеет кварцевую наварку.

Задняя и передняя стенки. Передняя стенка имеет уклон 10° в сторону рабочей площадки, в ней три окна в 100-т печах и до семи на больших. Заднюю стенку выкладывают магнезито­ вым кирпичом под углом 45—50°. Верхнюю часть задней стенки, как и передней, выполняют из хромистых огнеупоров.

Свод рабочего пространства. Высокая огнеупорность маг­ незитового кирпича позволила нагревать основные своды до 1800 °С вместо 1570 °С для динасового кирпича. Стойкость магнезитового свода достигает 1000 плавок вместо 200 для ди­ насового. Объемная масса хромомагнезитового кирпича в 1,5 раза больше динасового, под нагрузкой он деформиру­ ется при 1500 °С. В службе основной свод увеличивает стрелу подъема, при этом раскрываются швы по наружной дуге и те­ ряется прочность, поэтому создан распорно-подвесной свод. Применение штырей и- пластин позволяет подвесить блоки кир­ пичей к металлическим угольникам, уложенным вдоль свода. Противодействие выпучиванию свода создают упорные трубы, надетые на тяги.

Арматура рабочего пространства. Кладка печи укреплена металлическим каркасом из вертикальных и горизонтальных рамных конструкций. Переднюю и заднюю стенки облицовы­ вают металлическими плитами. Свод пятами опирается на под­ пятовые балки. Рамы завалочных окон полые, сварные. За­

известняк 5,2 к. руда'16,0 к .

плавлению. Тепловой режим во время заливки и плавления со­ кращают. Во время заливки интенсивно образуется шлак в ре­ зультате растворения шлакообразующих и окисления кремния, марганца, фосфора. Образующийся шлак целесообразно уда­ лять, так как он содержит окисленные кремний и фосфор, для ошлакования которых необходимо расходовать много извести. При содержании в шихте >50 % жидкого чугуна скачивание шлака обязательно. Железистый шлак окисляет углерод, об­ разующийся монооксид углерода выделяется из расплавов в виде пузырей, вспенивает шлак, который самотеком через шлаковые летки задней стенки и порог рабочего окна вытекает из печи. Средний состав первого сбегающего шлака, %: Si02 20—25, А120 3 3—5, FeO 25—35, СаО 12—20, MgO 4—9, МпО 15—36, Fe20 3 3—5, P2Os 2—4. В скрап-рудном процессе первич­ ный шлак удаляют в количестве 8—10% от массы металла. Скачивание шлака уменьшает до 30—50 мм толщину плохо проводящего тепло шлака, улучшая последующий прогрев ванны. Со скачиваемым шлаком удаляются сера и фосфор.

§ 4. Плавление

После скачивания шлака прогретый известняк разлагается, вы­ деляя диоксид углерода, окисляющий примеси. Ванна кипит характерным крупным пузырем — происходит известковое ки­ пение, продолжающееся при скрап-процессе в 100-т печи 1—2 ч. К концу плавления известняк полностью разложился, известь всплывает, растворяется в шлаке, формируя его к процессам после плавления. Состав шлака скрап-рудного процесса к мо­ менту расплавления, %: Si02 10—17, А120 3 6—8, FeO 9—12, Fe30 3 2—4, СаО 35—40, MgO 6—10, P2Os 1,6—2,5. О с н о в н о сть

к моменту расплавления должна быть 1,7—2,0, повышают ее ДО' бавками извести, понижают добавлением боксита или шамог ного боя. Изменение состава металла и шлака за время за­ ливки чугуна, плавления приведено в табл. V.2.

Г л ав а 4. ОКИСЛЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ, ДЕФОСФОРАЦИЯ И ДЕСУЛЬФУРАЦИЯ

§ 1. Перенос кислорода в мартеновской ванне

Парциальное давление кислорода .над ванной мартеновской печи 0,001—0,003 МПа обеспечивает окисление железа, так как давление диссоциации насыщенного вюстита при температуре печи ~ 0,001 МПа. Ванна поглощает от 8 до 30 кг кислорода на 1 т стали. Максимальное поглощение характерно для скраппроцесса, поскольку обилие металлического лома в шихте спо­ собствует его окислению из-за большой открытой поверхности и длительного плавления, чем и определяется высокое усвоение кислорода из печной атмосферы. При кипении приток кисло­ рода к металлу из атмосферы печи через шлак происходит мно­ гостадийным процессом, состоящим из: 1) диффузионного пере­

происходит окисление двухвалентного железа до трехвалент­ ного:

2 (FeO) + V2О2(г) —(Fe20 3) или в ионной форме

2Fe2+ + VА + ЗО2- = 2Fe07;

3) переноса в шлаке трехвалентного железа к разделу шлак — металл и двухвалентного к разделу шлак — газ; 4) химической реакции на границе шлак — металл, восстановления трехва­ лентного железа до двухвалентного:

(Fe20 8) + [Fe] = 3 (FeO) или 2FeOr+ Fe = 3Fe2++ 402-;

5) накопление кислорода вызывает переход его из шлака в металл:

(FeO) = [Fe]* + lO].

Скорость окисления железа и его примесей в расплаве, ограни­ чивается конвективной диффузией оксидов железа в шлаке.

Константа мала, слабо зависит от температуры, растворяю­ щая способность железа к SO2 велика и равновесное давление SO2 так мало, что окисление серы металла в полировке-доводке не замечается. Десульфурация металла развивается путем рас­ пределения серы между металлом и шлаком и шлакования сульфидов:

[FeS] ч=ь (FeS);

(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO); (FeS) + (MnO) = (MnS) + (FeO).

Увеличение оснований в шлаке и понижение окислительных условий способствует десульфурации. Переход серы из металла в шлак на границе фаз представляется растворимостью ионов серы в шлаке с одновременным переходом катионов:

[Fe] + [S] = Fe2+ + S2'; КР = as-a FeW[S].

Активность S2определяется отношением числа молей анионов серы к общему числу молей анионов. Увеличение числа молей анионов приводит к уменьшению активности анионов серы и усилению перехода серы из металла в шлак. При основ­ ных шлаках распределение серы между металлом и шлаком протекает по уравнению' обмена анионов серы и кислорода:

0 2- + (S] = [0] + S2-

Лимитирующим звеном является массоперенос S2-. Расчеты показывают, что в мартеновском процессе >50 % S, внесенной шихтой, удалить невозможно. Большая степень десульфурации возможна скачиванием шлака. Для окончательного очищения стали от серы и повышения качества стали применяется внепечная десульфурация.

Г л ав а 5. ОКИСЛЕНИЕ УГЛЕРОДА В МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ. ПРИМЕНЕНИЕ КИСЛОРОДА

§ 1. Значение окисления углерода для мартеновского процесса

К моменту окончательного расплавления окисляется 60—80 % С шихты. Однако в последующем периоде окисление углерода приобретает наибольшее значение в технологии, формировании свойств и качества стали и становится ведущей реакцией. На рис. V.4 представлено изменение состава металла и шлака в мартеновской плавке. Кипение, вызванное выделением СО, со­ здает перемешивание, интенсифицирует массоперенос, способ-