Модель расчета кислородно-конвертерной плавки. Термохимические зависимости. Коэффициенты перехода серы в продукты плавки

Коэффициент активности   апроксимируется в области конвертерного шлака зависимостью

= 4,52 – 9,63·  + 0,14·.                                (3)

Концентрация кислорода в железе [O] в равновесии с расплавом, содержащим  (Fe_xO) определяется формулой Чипмана и Риста:

.                                       (4)

При =1 концентрации кислорода в металле является максимальной: [O]= [O]_m.

Распределение  марганца между сталью и шлаком определяется константой равновесия:

                                    (5)

=·(Mn)·0,774.                                                          (6)

=0,633·R_c – 0,464                                                             (7)

Из (5-7)определяется коэффициент распределения марганца  L_Mn:

,                        (8)

где С_Mn-корректирующий коэффициент.

Содержание марганца в стали на выпуске [Mn] определяется по балансу марганца:

M_mn= M_ст·[Mn]/100 + M_шл·(Mn)/100                                        (9)

С учетом того, что   (Mn)= L_Mn·[Mn], получим:

                                       (10)

где М_mn, M_ст,  М_шл  - приход марганца в продукты плавки, выход стали и шлака, т/плавку.

Для оценки распределения  фосфора между шлаком и металлом используется константа  равновесия фосфора:

.                       (11)

При использовании формулы  (11) активность  заменяется концентрацией , а для концентрации [O] вводится корректирующий коэффициент C_[O]. Тогда:

[O]=[O]_m∙·C_[O]                    (12)

(Р)=K_P·0,4366·[O]⁵·[P]² =D·[P]².                                                       (13)

Распределение фосфора между сталью и шлаком определяется  балансом аналогичным (9). При этом учитывается, что около  5 % фосфора переходит в газовую фазу:

M_р=M_ст·[P]/100 + M_шл·(Р)/100 .                                                        (14)

Подставляя  в (14) значение (Р) из (13) и решая квадратное уравнение относительно [P], получим величину содержания фосфора в металле.

Коэффициенты перехода серы  в продукты плавки K_S,1и распределения серы между шлаком и металлом L_S,1определяется  по формулам:

К_S,1 = 0,95 – 0,17·10^-3·(t_cn –1600) – 1,66·10^-5·(t_cn-1600)² ,                   (15)

L_S,1 = (6,26·lnR_d –2,16)·(2·10^-3·t_cn- 2,2),                                               (16)

где R_d=(CaO+MgO+MnO)/SiO₂ –основность шлака.

Для определения содержания серы на металле выпуске используется зависимость типа (10). Приход серы в продукты плавки (т/плавку) определяется как М_S = M_S^’· K_S,1, где  M_S’- приход  серы за вычетом серы не усвоенной извести и серы извести, перешедшей в пыль

Ковшевой шлак образуется на основе остаточного конвертерного шлака, жидкого синтетического шлака (или твердых шлаковых смесей) и футеровки ковша и продуктов раскисления, в основном SiO₂ и Al₂O₃. Марганец и фосфор распределяются между сталью и шлаком в соответствии с коэффициентами распределения. При глубоком  раскислении шлака из него переходит в металл марганец и практически весь фосфор. Количество и состав ковшевого шлака изменяется в зависимости от массы восстановленных и окисленных элементов.

По пробам ковшевого шлака  и металла на  установке доводки металла (УДМ) получена  зависимость L_S,2 от приведенной основности ковшевого шлака R_e¹:

,                                      (17)

,                                                     (18)

где (СаO)’, (MgO), (SiO₂),  (Al₂O₃) –содержание компонентов в ковшевом шлаке, в том числе (СаО)’ – c учетом содержания СaF₂.

Содержание азота на выпуске плавки определяется зависимостью, установленной в результате проведения специального исследования:

[N]_в = (1,99·[N]_чуг–42,0·[S]_в -5,8·[Mn]_в +7,8·N_2кис –0,25·К+4,134)·10^-3 ,(19)

где [N]_чуг –содержание азота в чугуне, %; [S]_в, [Mn]_в –содержание S и Mn в стали на выпуске, %;N_2кис –содержание  азота в кислороде для продувки (при N_2кис>0,15 % принимается N_2кис =0,15 %). При додувке коэффициент К уменьшается с 3 до 1.

Содержание азота в готовой стали (в слябах) [N]_с определяется  функцией, представленной в общем виде:

[N]_c= F([N]_л, [S]_e, [S]_c, [Al]_c, [V]_c, q_SiCa)

где [S]_в – содержание серы на выпуске; [N]_л – содержание азота после легирования; [S]_c, [Si]_c, [Al]_c, [V]_c– содержание в слябах соответствующих элементов;%;q_SiCa– удельной расход  силикокальция, в ковш на установке доводки металла (УДМ), кг/т стали.

Содержания кислорода в металле в равновесии с углеродом на выпуске плавки в пределах  концентраций [C] 0,03 – 0,10 %  определяется как:

[C]·[O] = (3,573·t – 3263)·10^-6 .                                                                   (20)

Концентрация кислорода в металле при  раскислении алюминием определяется по упрощенной формуле:

[Al]·[O] = 0,7·10^-4                                                                              (21)

Если металл раскисляется силикокальцием, то   концентрация кислорода не зависит от  содержания алюминия  и равна [O] = 0,0005 % [3].

Конечный состав стали. Легирование и раскисление. Сера, фосфор, марганец  и  титан  распределяются  между сталью  и  шлаком в конверторе и в

В проведении экспериментов участвовал  А.В. Гнедаш.

ковше в соответствии с коэффициентами распределения и балансовыми