книги из ГПНТБ / Кочо, В. С. Физико-химические и теплофизические особенности современного мартеновского процесса

В. С. КОЧО, В. А. ЕРОШЕНКО

ФИЗИКО­ ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО

МАРТЕНОВСКОГО

ПРОЦЕССА

Москва

«МЕТАЛЛУРГИЯ»

1 9 7 4

УДК 669.183.2/4

Физико-химические и теплофизические особенности современного мартеновского процесса. К о ч о В. С., Е р о ш е н ко В. А. М., Металлургия, 1974. 224 с.

В книге приведены результаты комплексных исследований стале­ плавильного процесса, проведенных на современных мартеновских печах емкостью 250, 300, 600 и 900 т при разных способах интенси­ фикации процесса кислородом.

Отмечен ряд новых физико-химических и теплофизических зако­ номерностей мартеновской плавки и дано математическое описание явлений, протекающих в ванне и рабочем пространстве мартеновской печи.

Книга предназначена для научных и инженерно-технических ра­ ботников, занимающихся изучением сталеплавильного процесса, может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов соот­ ветствующих специальностей. Ил. 94. Табл. 27. Список лит.: 237 назв.

© Издательство «Металлургия», 1974 г.

31005-056 К 040( 01)-74 46-74

П Р Е Д И С Л О В И Е

Директивы XXIV съезда партии по девятому пяти­ летнему плану развития народного хозяйства СССР

предусматривают небывалый подъем экономики, куль­ туры и материального благосостояния народа не только на основе введения в производство новых мощностей, но главным образом благодаря значительному усовершен­ ствованию производственных процессов и качества вы­ пускаемой продукции, путем широкого внедрения в прак­ тику новейших достижений науки и техники.

Вследствие быстрого развития кислородно-конвертер­ ного способа доля мартеновской стали в общем ее про­ изводстве сокращается, однако ее большой удельный вес еще долго будет сохраняться. В связи с этим очевидной становится целесообразность проведения исследований, направленных на изучение технологических и теплотех­ нических процессов мартеновской плавки для усовершен­ ствования процесса выплавки и получения металла вы­ сокого качества.

Разливка металла в крупные слитки предъявляет по­ вышенные требования к выплавляемому металлу вслед­ ствие развития в таких слитках ликвационных и сегрега­ ционных явлений.

Применение кислорода для интенсификации марте­ новского процесса существенным образом изменило ки­ нетику основных физико-химических и теплофизических явлений и потребовало уточнения не только механизма протекания основных реакций процесса, но и приемов ведения мартеновской плавки.

Назревшая в настоящее время необходимость авто­ матизации тепловых и технологических процессов пла­ вки в свою очередь предполагает качественную и коли­ чественную завершенность описания процессов, проте­ кающих в ванне и рабочем пространстве мартеновской печи, для создания математической модели процесса.

Указанные положения послужили причиной комплекс­ ного исследования современного процесса выплавки

ГЛАВА 1

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ АППАРАТУРА

ОТБОР ПРОБ МЕТАЛЛА И ШЛАКА

Исследования проводили на основных мартеновских печах раз­ личной емкости и уровня интенсификации преимущественно в пе­ риод доводки, включая контроль ряда параметров плавки в период плавления и в процессе разливки стали.

Впериод доводки с большой частотой отбирали пробы шлака

иметалла до и после присадки. Количество и интервал между взя­ тием их определялись видом присадки (после дачи окалины или

руды пробы отбирали чаще, чем после дачи, например, извести). С целью изучения динамики технологических параметров на ряде плавок пробы металла и шлака отбирали с интервалом 2—3 мин.

Полный химический состав металла определяли из пробы мас­ сой 500—700 г, отобранной в металлический стаканчик, прикреп­ ляемый к штанге и закрываемый деревянной дощечкой с помощью медной проволоки. Внутри стаканчика помещали спираль из алю­ миниевой проволоки из расчета 0,8—1,0% А1 от массы пробы.

В качестве пробы металла для определения содержания водо­ рода в нем служили два образца, извлекаемые из разъемной пробницы карандашного типа, куда заливали предварительно раскис­ ленный металл, взятый из печи хорошо ошлакованной ложкой. Пробницу после заливки в нее металла немедленно погружали в воду для быстрого охлаждения и там раскрывали. Извлеченные образцы металла помещали в сосуд Дьюара с углекислотой и по­ сле выпуска плавки (или разливки ее) отправляли в лабораторию для анализа. Содержание водорода в металле (см3/100 г) опреде­ ляли методом вакуумного [1] и форвакуумного [2| нагрева на усо­ вершенствованном приборе Баталина.

Достоверное изучение режима удаления неметаллических вклю­ чений из металла возможно лишь при отборе проб нераскисленного металла, поскольку при раскислении пробы металла алюминием изменяется качественный и количественный состав оксидных вклю­ чений.

Известная пробница для отбора проб нераскисленного металла [3] представляет собой шамотный стаканчик, устанавливаемый на шамотный кирпич, подогреваемый перед заливкой металла на 200—300° С. Такая пробница не гарантирует получения плотной пробы металла, так как при объемной теплоизоляции происходит преждевременное охлаждение верхней части пробы и затрудняется

5

после взятия проб металла). Наряду с полным химическим ана­ лизом шлака контролировали его физическое состояние, измеряя жидкотекучесть вискозиметром Герти [7] и температуру оптичес­ ким пирометром ОППИР-09 [8]. Содержание корольков металла определяли в шлаке, остающемся в воронке вискозиметра после измерения жидкотекучести. Оптический пирометр ОППИР-09 визи­ ровали через гляделку среднего завалочного окна на поверхность шлака в момент отсутствия факела над ванной (в момент пере­ кидки клапанов). На ряде плавок температуру шлака измеряли термопарой.

Для анализа ряда физико-химических явлений в ванне марте­ новской печи зачастую необходимо отбирать пробы шлака по вы­

соте слоя.

Известные устройства отбора шлака из сталеплавильных агре­ гатов [9] состоят из двух металлических пластин с пазами для заполнения шлаком. Для предохранения от преждевременного за­ полнения шлаком пазы закрывают медной фольгой или деревян­ ными дощечками, привязанными медной проволокой.

Однако подобные шлакоотборники не гарантируют одновре­ менного открытия всех пазов после окончательного погружения отборника в шлак (время и место оплавления данной фольги или проволоки зависит от времени погружения шлакоотборника и фи­ зического состояния шлака: температуры, вязкости, интенсивности барботажа ванны и т. д.). В результате пробы шлака по высоте получаются непредставительными. Кроме того, описанные выше отборники при погружении перемешивают исследуемые слои шлака, поэтому пробы, попавшие в открытые в данный момент пазы, ха­ рактеризуют нарушенное состояние шлакового покрова.

Предложенный нами шлакоотборник [10] устраняет эти недо­ статки и может быть применен при исследованиях всех сталепла­ вильных, химических и других процессов, когда необходимо изу­ чение среды по высоте слоя.

Шлакоотборник состоит из корпуса с пазами для проб и меха­ низма затвора. На рис. 3 показан шлакоотборник, успешно приме­ нявшийся в производственных исследованиях.

Механизм затвора в процессе эксплуатации является стацио­ нарным и в него вставляют по мере необходимости очередные гребенки.

Гребенка состоит из корпуса 1 с пазами для заполнения шла­ ком и с канавкой, соединяющей все пазы для удаления из них воздуха при заполнении шлаком; шторы 2 с отверстиями; тяги 3, соединяющей штору 2 с механизмом затвора; съемной щеки 4, для удобства разборки прикрепляемой к корпусу 1 винтами 5.

Механизм затвора состоит из корпуса 6, служащего для удер­ жания собственно шлакоотборника с помощью цапф 7 и гребенки

спомощью стопорного винта 8, а также для обеспечения открытия

изакрытия пазов гребенки шторой 2 с помощью копира 9, паль­ цев 10 и 11, вилки 12. Тяга 13 предназначена для передвижения копира 9 вперед — назад.

7

Работает шлакоотборник следующим образом. После оконча­ тельного погружения его в закрытом состоянии в шлак и соответ­ ствующей выдержки (для устранения влияния эффекта перемеши­ вания устройством слоев шлака) воздействуют с помощью тяги 13 на копир 9* который своим набегающим профилем через палец 10,

вилку 12 (необходима для уменьшения горизонтальной составляю­ щей, действующей на штору), палец 11, тягу 3 передает вертикаль­ ные усилия на штору 2. Штора 2 поднимается и одновременно открывает все пазы гребенки. После заполнения пазов с помощью тяги 13 воздействуют на копир 9 в обратном направлении и пазы

* Служит для преобразования горизонтальной составляющей в вертикаль­

ную.

8

закрываются шторой 2. В закрытом состоянии шлакоотборник из­ влекается из шлака.

Производственные испытания на мартеновских печах показали, что представительность проб шлака не нарушается, если пазы гре­ бенки после заполнения не закрывать шторой.

На рис. 4, 5 показаны основные узлы устройства. Механизм затвора устанавливали на термопарной тележке усиленной конст­ рукции. В период проведения исследований на качающихся мар­ теновских печах корпус гребенки крепили непосредственно на хо-

бот завалочной машины, в связи с чем механизм затвора был не­ сколько отличен от показанного на рис. 5.

Разработанное устройство позволило в период исследований измерять толщину шлакового покрова, величину переходного слоя шлак—металл и производить отбор проб по высоте слоя шлака для определения концентрационного градиента. В период наладки системы автоматического погружения кислородных продувочных фурм до границы шлак—металл на мартеновских печах устройство для отбора шлака использовали в качестве контрольного при опре­ делении места нахождения межфазной границы.

Количество шлака в период доводки определяли тремя спосо­ бами: по балансу марганца [11], по заполнению шлаковых чаш и

9