научная статья по теме ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОЙ ВСПЕНИВАЕМОСТИ ЭЛЕКТРОПЕЧНЫХ ШЛАКОВ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОЙ ВСПЕНИВАЕМОСТИ ЭЛЕКТРОПЕЧНЫХ ШЛАКОВ»

УДК 669.141

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОЙ ВСПЕНИВАЕМОСТИ ЭЛЕКТРОПЕЧНЫХ ШЛАКОВ

© Некрасов Илья Владимирович1, канд. техн. наук, e-mail: ¡vn84@bk.ru; Шешуков Олег Юрьевич1,2, д-р техн. наук, e-mail: ferro1960@mail.ru; Метелкин Анатолий Алексеевич2, e-mail: anatoliy82@list.ru; Сивцов Андрей Владиславович1, д-р техн. наук, e-mail: aws2004@mail.ru; Цымбалист Михаил Михайлович1, канд. техн. наук, e-mail: cherknimne@yandex.ru;

Егиазарьян Денис Константинович1, e-mail: avati@mail.ru

1 ИМЕТ УрО РАН. Россия, г. Екатеринбург

2 ФГБАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург

Статья поступила 13.01.2014 г.

Рассмотрены собственные и литературные данные об измерении температуры электропечных шлаков, а также шлаков агрегата ковш-печь, известные рекомендации по улучшению их вспениваемости. Приведены результаты исследований технологических особенностей режимов «хорошего» и «плохого» вспенивания шлака в сверхмощной электропечи.

Ключевые слова: дуговые сталеплавильные печи; вспенивание шлаков; вязкость; температура и гетерогенизация шлака.

Имеются сведения о том, что температура шлакового покрова в сталеплавильных агрегатах с мощными электр одуговыми установками превышает температуру металла [1-3]. Диапазон изменения температуры шлака, измеренной в разных точках шлакового покрова в конце расплавления шихты и расплава в течение плавки составляет 1650-1800 °С [1, 3]. Отмечается также, что при превышении толщиной шлакового покрова длины дуги часть тока создает замкнутую цепь в шлаке, не проходя через дуги и металл. В результате температура шлака может повышаться до 1800 °С вне зависимости от температуры металла [2]. Таким образом, в шлаковом покрове развивается некое подобие электрошлакового процесса, с присущей ему высокой температурой шлаковой ванны (1700-1800 °С).

Кроме того, источник повышенной температуры может быть не связан с дугами. В области контакта струи кислорода с металлической ванной тоже создается «горячее пятно» - реакционная зона интенсивного окисления металлического расплава, где выделяется теплота, которая не может быть полностью отведена в объем металла [4, 5]. Поверхность расплава в реакционной зоне нагревается до температуры кипения железа, поскольку избыток теплоты, который не может быть своевременно отведен

1800

1750 -

1700 -

ср

0J

с

1650 -

1600 -

1550

в глубь ванны, расходуется на испарение железа и оксидов [4, 5]. Температуру поверхностей «горячих пятен» можно оценивать по температуре испарения компонентов шлака и металла (2500-3500 °С) [6-8]. Поскольку «горячие пятна» находятся в слое пенящегося шлака или в непосредственной близости от него, это не может не влиять на его температуру. Очевидно, значение температуры, определенное автоматическим зондом и принимаемое за среднюю температуру полупродукта, нельзя считать средней или некой эффективной температурой шлакового покрова.

Очевидно, что анализ процессов вспенивания шлаков в диапазоне температур, который фактически не характерен для них, не корректен.

Сопоставлены экспериментальные результаты замеров температуры металла и шлака по ходу плавки и литературные данные [1, 3] о температуре металла и вспененного шлака в сверхмощной ДСП (рис. 1). Измерения авторов подтверждают известный факт перегрева шлака относительно металла и свидетельствуют о том, что температура шлака в зоне, расположенной над точкой тра-

1500

60 65

70 75 80 85 90 95 Продолжительность плавки, %

100

Рис. 1. Изменение температуры шлакового покрова и металла по ходу плавки полупродукта в сверхмощной ДСП: 1, 2 - температура шлака и металла по данным [1, 3]; • и ■ - экспериментальные данные

1680 1660 1640 1620 1600 1580 1560 1540 1520 1500

3 5 7 9 11 13 15 17 19 2123 25 27 29 3133 35 37 Время обработки, мин

3 5 7 9 111315171921232527293133353739414345 Время обработки, мин

и

1680 1660 1640 1620 1600 1580 1560 1540 1520 1500

6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 Время обработки, мин

Рис. 2. Тепловой режим металла и шлака при обработке в АКП низко- (а), средне- (б) и высокоуглеродистых (рельсовых - в) сталей, подвергающихся нагреву для последующего вакуумирования: 1 - температура шлака; 2 - температура шлака возле футеровки; 3 - температура металла

диционного замера температуры полупродукта, превышает температуру полупродукта примерно на 70 °С и изменяется от 1650 до 1750 °С (см. рис. 1).

Интересно сопоставить полученные данные с результатами замеров температуры шлака и металла по ходу его обработки в агрегате ковш-печь (АКП). Нами были проведены замеры температуры металла и шлака под электродами и возле борта сталеразливочного ковша (СК) стандартными термопарами. Результаты замеров обобщены для стали трех групп марок: низко- (рис. 2, а), средне- (рис. 2, б) и высокоуглеродистых (рис. 2, в). Из приведенных данных видно, что после окончания нагрева плавки в АКП температура шлака возле электродов пре-

вышает температуру металла более чем на 55 °С. Далее, в течение 3 мин после нагрева металла температура металла и шлака уравнивается. При этом температура шлака возле футеровки СК меньше на 10 °С вне зависимости от периода нагрева металла.

Таким образом, перегрев шлака характерен как для ДСП, так и для АКП, но с некоторыми особенностями. При электроплавке нагрев ведется непрерывно, практически без пауз. Удельная мощность трансформаторов ДСП в разы выше, чем АКП. Кроме того, в АКП отсутствует продувка ванны кислородом. Сопоставление этих особенностей нагрева шлака в ДСП и АКП позволяет заключить, что нагрев шлака дугами является главной причиной перегрева шлака.

Из полученных данных также следует, что температура шлака по его объему неоднородна, поэтому следует говорить о «характеристической», средней или эффективной температуре шлака, относительно которой нужно определять (в лабораторных условиях) или численно моделировать его свойства. Решение этого вопроса осложняется, так как температура шлака зависит от гидродинамических параметров конструкции электропечного агрегата. Но определенные выводы можно сделать из анализа технологических условий реализации режимов «плохого» и «хорошего» вспенивания шлаков на примере той или иной ДСП.

Анализ частотного распределения основности шлаков ДСП для режимов «плохого» и «хорошего» вспенивания показывает (рис. 3, а), что при более полном укрытии дуги шлаком его основность выше (проанализировано более 300 плавок). Из анализа частотного распределения окисленности шлаков ДСП для режимов «плохого» и «хорошего» вспенивания (рис. 3, б) видно, что при более полном укрытии дуги шлаком его окисленность ниже. Адекватность разделения на режимы «плохого» и хорошего» вспенивания шлака подтверждается данными об электрических режимах работы ДСП (см. таблицу). Режим «плохого» вспенивания характеризуется большей асимметрией тока по фазам и более заметными пульсациями тока. При том, что средние значения тока в обоих режимах примерно одинаковы, величина активной мощности, выделяющейся на низкой стороне трансформатора, при «хорошем» экранировании дуг несколько выше.

На осциллограммах вторичных токов и напряжений фаз в режиме «плохого» вспенивания всегда обнаруживаются пики зажигания и участ-

а

1

б

1

в

1

3 4 СаО / БЮ,

35 30 -25 -20 -15 -10 -5 -0

1 2 3 4 5 6 7 8 БеО, %

Рис. 3. Часто тные кривые: а - основности шлаков окислительного периода; б - содержание БеО в шлаках окислительного периода

плавки (1, 2 - «плохое» и «хорошее» вспенивание соответственно)

Сила тока фази средняя активная мощность при «плохом»Ш и «хорошем» (II) экранировании дуг вследствие «плохого» и «хорошего» вспенивания шлака 2

Показатель работы ДСП Период I по фазам Пер иод II по фазам

1 2 3 1 2 3

Среднее значение 790 действующего тока, кА ' ' 81,3 79,9 78,2 81,1

Относительное среднеквадратичное отклонение тока, % 5,12 5,88 4,70 3,92 3,73 3,65

Средняя активная мощность, МВт (%) 53,9 (98,7) 54,6 (100)

и(Ь), В 800

600 -

400 -

200 -

0

-200 --400 --600 --800

¡(Ь), кА 100

и(Ь)

¡а)

800 6004002000

-200 --400-600-800

100

- 75

- 50

- 25

-25

- -50

- -75 -100

ки негладкости функции тока, соответствующие разрывам производной тока и напоминающие его паузы (рис. 4). Наличие пиков зажигания свидетельствует о потере надежного контакта металла со шлаком, т.е. о плохом заглублении дуг.

Кроме того, расчет параметров нагрузки методом динамических ВАХ [9], показывает, что в режиме «плохого» вспенивания всегда, хотя бы на одной из фаз, наблюдается высокое значение (> 30 мОм) шунтирующего дугу сопротивления, т.е. хотя бы одна из фаз теряет контакт со шлаком. Напротив, в режиме «хорошего» вспенивания на всех фазах наблюдается стабильно низкое значение шунтирующего дугу сопротивления: 12-15 мОм.

и(Ь), В олл

б

25 50 75

¡(Ь), кА

и(Ь), В -800-

00 -75 -50 -25

-2 -400 -600 -800

25 50 75 ¡(Ь), кА

100

Рис. 4. Осциллограммы и динамические вольтамперные характеристики (ВАХ) токов и напряжений низкой стороны трансформатора при «плохом» (а, б) и «хорошем» (в, г) вспенивании шлака

б

а

1

2

5

6

а

в

г

Итак, если принять адекватность разделения режимов вспенивания на «плохой» и «хороший», то по данным, представленным на рис. 3, можно сделать выводы о температуре перехода высокоосновных (с основностью порядка 2,8) малоокис-ленных шлаков в гетерогенное состояние, т.е. приблизительной эффективной температуре шлака. Расчет по методике [10], показывает, что хорошо пенящиеся (а значит, гетерогенные) вплоть до конца плавки шлаки с основностью 2,8 и более, с содержанием БеО не более 25% имеют температуру гомогенизации не менее 1800 °С. Таким образом, при анализе процессов вспенивания с целью обеспечения стабильного заглубления дуг в шлак можно ориентироваться на эту температуру.

Из полученных данных можно сделать и другой вывод. Поддержание высокой основности шлака требует повышенного расхода извести, и поэтому более рациональным может быть поддержание неравновесной гетерогенности шлака, т.е. необходим постоянный ввод шлакообразу-ющих по ходу окислительного периода (извести, магнезиальных материалов), ко

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком