Технология пенистого шлака

1.3.2. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕНИСТОГО ШЛАКА

Одним из самых значительных результатов освоения новых технических средств для совместной продувки ванны кислородом и порошкообразным углеродом явилась возможность надежно вспенивать шлак и поддерживать толщину слоя шлаковой пены на уровне, обеспечивающем полное погружение в него электрических дуг. Такая технология увеличила теплоотдачу от дуг к расплаву до максимально возможного уровня и обеспечила ряд других преимуществ, уже отмеченных ранее.

Механизм вспенивания шлака при одновременном вдувании в ванну кислорода и углерода заключается в следующем. Кислород окисляет содержащийся в ванне и растворяющийся в ней углерод по реакции

С + 0,5О₂СО.

При этом часть кислорода расходуется на окисление железа с образованием FeO. Инжектируемый в ванну углерод растворяется в ней и восстанавливает окислы железа по реакции

FeO + СFe + СО.

Таким образом, обе протекающие параллельно реакции генерируют в ванне мелкие газовые пузырьки СО, которые, всплывая, вспенивают шлак. Восстановление FeO углеродом при надлежащем соотношении расходов углерода и кислорода позволяет использовать кислород в большом количестве, не опасаясь падения выхода годного.

Расход углерода для создания пенистого шлака необходимой толщины зависит от длины дуг и на современных печах составляет примерно 6... 10 кг/т. Однако на практике с целью повышения производительности печей этот расход увеличивают примерно вдвое, что значительно повышает также и расход кислорода. Следует подчеркнуть, что излишняя толщина слоя пенистого шлака, превышающая; 300...350 мм, ухудшает производительность и другие основные показатели работы печи. Поэтому важное значение имеет разработка надежных средств контроля уровня шлаковой пены.

Расход углеродистого порошка зависит от его качества, способа инжекции и состава шлака. Качество этого дорогостоящего материала определяется в основном содержанием в нем углерода и способностью к быстрому растворению в расплаве. В порошках кокса содержание углерода составляет в среднем только 80 %, в порошкам графита оно значительно выше. Кроме того, графит растворяется гораздо быстрее.

Для возможно более полного усвоения инжектируемого углерода важное значение имеют рассредоточение точек инжекции по всему периметру ванны, а также высота расположения инжекторов над уровнем жидкого металла. Из применяемых на практике способов инжекции наилучшее, почти 100 %-е, усвоение углерода обеспечивает вдувание его непосредственно в шлак вблизи границы шлак-металл. Наихудший вариант - вдувание углеродистого порошка сверху на поверхность шлака. В этом случае значительная часть материала выносится из печи потоком отходящих газов.

Большое влияние на эффективность инжекции углерода оказывает выбор мест установки инжекторов. Не следует совмещать точки вдувания углерода и кислорода. При таком совмещении струи кислорода и порошка углерода непосредственно контактируют друг с другом, такчто углерод частично выгорает еще до его растворения в расплаве. Эта часть углерода бесполезно теряется как для процесса вспенивания шлака, так и для восстановления окислов железа. Поэтому кислородные и углеродные инжекторы должны устанавливаться на некотором расстоянии друг от друга. Вдувание углерода в зону ванны перед рабочим окном нецелесообразно, так как пенистый шлак стремится сойти через порог печи, и часть углерода теряется для процесса. В этом отношении наилучшие результаты обеспечивает инжекция углерода в зону эркера и прилегающую к нему область ванны, поскольку вспененный шлак движется в сторону дуг и накрывает их.

Способность к вспениванию и стабильность образовавшейся пены сильно зависят от физических свойств шлака, его вязкости, плотности, поверхностного натяжения, концентрации в нем нерастворившихся твердых частиц. Все эти свойства определяются составом шлака и его температурой. В основных шлаках склонность к пенообразованию повышается при увеличении концентрации SiO₂. Однако на современных ДСП продолжительность существования жидкой ванны весьма мала. Шлак не успевает полностью сформироваться. Он весьма неоднороден и содержит большое количество нерастворившихся частиц извести и других мелких частиц. Это способствует лучшему и более легкому вспениванию и исключает необходимость значительного увеличения SiO₂ в шлаке, которое снижает его основность по сравнению с обычным уровнем. Способствует вспениванию вдувание в шлак порошков доломита и извести, а также присадка кокса на шлак на ранней стадии плавления.