Меню

Что такое шлаковая сталь

Обработка стали синтетическим шлаком

В тех случаях, когда основную роль в удалении примеси выполняет шлаковая фаза, скорость процесса пропорциональна величине межфазной поверхности шлак—сталь, интенсивности и продолжительности перемешивания металла и шлака. На практике используют ряд технологий.

Одна из них — использование высокоосновного и малоокисленного конечного шлака электроплавки . Если при этом в электропечи расплавить лигатуру и смешать ее (вместе с таким шлаком) со сталью, выплавленном в конвертере или мартеновской печи, получается так называемый «совмещенный» процесс (рис. 1). Падая с большой высоты в ковш, сталь энергично премешивается с лигатурой и высокоосновным, раскисленным шлаком, происходит раскисление, легирование и десульфурация стали , вследствии чего повышается качество металлпродукции и металлопроката (труба стальная бесшовная, металлоконструкции, арматура строительная, квадрат стальной, балка двутавровая или двутавр).

Во многих случаях в электропечах просто расплавляют один шлак (основные составляющие СаО и Al2O3) и этим шлаком обрабатывают сталь, выплавленнную в конвертере, мартеновской или электропечи. Операция называется «обработка стали синтетическим шлаком» (СШ). Такой метод обработки стали был предложен в 1925—1927 гг. нашим соотечественником инж. А.С.Точинским.

Рисунок 1. Схема совмещенного процесса раскисления, легирования и рафинирования стали

В тех случаях, когда по условиям производства нет возможности разместить оборудование для расплавления синтетического шлака, используют метод обработки металла твердыми шлаковыми смесями (ТШС). Обычно в состав таких смесей входят СаО, CaF2, алюминиевая стружка и т.п. Эффективность использования ТШС, естественно, ниже, чем жидких синтетических шлаков. Основное требование к составам твердых шлаковых смесей и синтетических шлаков — минимум оксидов железа (для обеспечения максимального обессеривающего эффекта).

При обработке стали синтетическим шлаком такого состава (высокая основность и низкая окисленность) протекают следующие процессы:

  • Десульфурация . Сталь после обработки шлаком содержит серы до 0,002-0,010 %.
  • Раскисление . В соответствии с законом распределения Lо = а(FeO)/a[О] и a[О] = а(FeO)/Lо

Поскольку в синтетическом шлаке значение а ничтожно мало, окисленность металла снижается (в полтора — два раза).

  • Удаления неметаллических включений .
  • Капли синтетического шлака будут рафинировать сталь от включений (капли шлака, всплывая, уносят неметаллические включения). Практика показала, что сталь после обработки синтетическим шлаком содержит примерно в два раза меньше неметаллических включений. При проведении операции обработки металла шлаком приходится учитывать нежелательность попадания в ковш, в котором производится обработка, вместе со сталью также и шлака из печи или из конвертера.

    Из выше сказанного можно сделать вывод, что сталь после обработки синтетическим шлаком является более качественной, соответственно повышается и качество металлопродукции и металлопроката производимого металлургическими заводами, которые осуществляют описанную выше обработку стали.

    Источник

    Роль шлака при производстве стали

    Шлаковый расплав является побочным, вспомогательным и неизбежным продуктом плавки, но при производстве стали шлак выполняет ряд следующих важных технологических функций.

    1. Сорбция – поглощение шлаком вредных примесей (S, P), а также неметаллических включений, всплывающих к границе раздела металл – шлак в результате перемешивания и обработки металлического расплава. Всплывание включений происходит в результате разницы в плотностях между включением и металлом.

    ρMe >> ρНВ (6,9 кг/м 3 >> 2 — 3 кг/м 3 )

    2. Защитные свойства. Защитные покровные свойства шлаков обеспечивают предотвращение насыщения объема металлического расплава газовыми примесями (H2 и N2), источником которых является газовая атмосфера.

    3. Шлаковый расплав способствует передачи тепла от источника тепла (электрическая дуга, факел) в объем металлического расплава с целью поддержания заданного температурного режима. Кроме того, шлак защищает металл от температурных потерь.

    4. Шлак является передатчиком кислорода из газовой фазы к металлическому расплаву.

    Состав шлаков (периодов плавления, окисления) будет определяться конструкцией печи, характером футеровки (кислая, основная), наличием или отсутствием систем охлаждения стенок свода (при наличии в шлак будет поступать меньше оксидов магния и хрома и шлак будет менее вязким), удельной мощностью трансформатора, газоотводом, составом шихты (рассказать про МС – поступление пустой породы).

    Подавляющая часть дуговых печей работают с основной футеровкой: MgO, MgO+C и только несколько десятков печей в литейных цехах имеют кислую футеровку (динас – SiO2).

    В том случае, если выплавка электростали проводится на современных высокомощных печах (удельная мощность трансформатора составляет 600 – 1000 кВ*А/т) шлак предназначен в основном для удаления фосфора.

    На печах малой и средней мощности (250 – 450 кВ*А/т) печной шлак также помимо дефосфорации активно участвует в процессах десульфурации. На печах малой и средней мощности для шлакообразования дают руды и извести порядка 1,5 – 2,0% от массы завалки.

    В зависимости от мощности печного трансформатора и интенсивности подачи газообразного кислорода в ванну процесс образования шлака происходит без введения руды. Если печь работает с болотом (остаток 15 – 20% металла предыдущей плавки + приблизительно 50% шлака предыдущей плавки) окисление железа происходит очень интенсивно. В результате мы имеем следующие положительные моменты:

    — значительный вклад в энергетический баланс от окисления железа.

    Отрицательный момент – повышенный угар металлозавалки.

    Эти печи, как правило, работают на подготовленном товарном ломе, то есть используют 3 корзины в завалку, а то и больше. Поэтому интенсивное применение кислорода приводит к повышенному износу футеровки и окислению электродов.

    Основность шлака зависит от удельной мощности трансформатора. На печах маломощных (250 – 450 кВА/т) основность шлака плавления поддерживают на уровне 1,7 – 2,0 (% CaO/ % SiO2), а на высокомощных (800 – 1200 кВА/т) можно иметь основность 2,5 – 3,0, Это обеспечит более глубокую десульфурацию в период плавления, а также частичное удаление серы (20 – 25%).

    Рис. 3.4. Зависимость основности шлака от уд. Мощности трансформатора

    Рис. 3.5. Зависимость количества удаляемого фосфора (%) от основности шлака

    Необходимо учитывать, что при любой мощности трансформатора и при любой температуре порядка 8-12% извести находится в шлаке в твердом состоянии (нерастворенная – шлак гетерогенен) и практически не принимает участие в дефосфорации и десульфурации

    Температурный режим процессов плавления и окисления будет определяться интенсивностью удаления фосфора. Все реакции по окислению фосфора идут с большим выделением тепла, поэтому при высоких температурах наблюдается процесс рефосфорации. Подавить переход фосфора из шлака в металл можно путем постоянного скачивания высокофосфористого шлака и наведением нового шлака путем присадки извести при температуре не ниже 1000 °С.

    Рис. 3.6. Зависимость изменения содержания фосфора в металле от температуры

    В печах с высокой мощностью трансформатора шлак плавления и окисления должен обеспечить удаление фосфора на 70 – 80%. Причем большая часть уходит вместе со шлаком плавления, так как окислительный период занимает 15 – 20 мин, температура составляет 1650 °С и дефосфорация замедляется.

    Удаление серы в мощных печах происходит при ВПО. В ЭДП происходит дефосфорация, расплавление и фиксация углерода, все остальные операции переносятся в ковш на ВПО.

    В современных печах работают на длинных дугах, чтоб вводить максимальную мощность в объем печи. Чтобы избежать сильного воздействия излучения на футеровку и на электроды проводят вспенивание шлака путем вдувания углеродсодержащих материалов (углерод, коксик). Вспенивание создают пузырьки СО.

    Для вспенивания необходима пониженная основность шлака. Чтобы уменьшить пропитку футеровки шлаками в футеровку добавляют углерод до 15% по массе.

    Для удаления Р необходимо повышенное содержание CaO, повышенное содержание FeO, а для вспенивания – эти компоненты вредны. Вспенивание шлака кроме защиты футеровки, защищает и боковые поверхности электродов (боковой износ).

    Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

    Источник

    Применение синтетических шлаков в производстве легированной стали

    Значительное снижение содержания серы и неметаллических включений в стали и, в связи с этим повышение пластических свойств и значений ударной вяз­кости при испытании поперечно вырезанных образцов, может быть достигнуто путем обработки жидкой стали известково-гли­ноземистыми шлаками. В процессе проведения исследований, содержание серы во всех плавках стали, обработанных синте­тическим шлаком, снижалось с 0,026—0,035%, присущего плав­кам текущего производства, до 0,006%. Содержание неметалличе­ских включений в сталях марок 12ХНЗА и ЗОХГСНА в опытных плавках было в 1,5 раза меньше, чем в плавках текущего произ­водства. Рафинирование мартеновской стали в ковше синтетическими шлаками очищает металл от неметаллических включений (сульфидных и оксидных) и позво­ляет получать конструкционную сталь мартеновской выплавки, по качеству не только не уступающую, но даже превосходящую электросталь обычного производства. Исследователи справедливо счи­тают, что применение данной технологии расширяет возможности массового производства высококачественной стали, снижает ее себестоимость и отпускную цену. Еще более эффективным в отно­шении механических и технологических свойств стали может быть электрошлаковый метод производства конструкционной стали.

    Электрошлаковый метод производства стали представляет собой сварочный процесс переплава стали («расходуемого электрода») в специальных кристаллизаторах под слоем расплавленного шлака. Плавление электрода и кристаллизация расплава осуществляются параллельно в одном плавильном пространстве, в отсутствии огне­упорных материалов в зоне плавки. В течение всего процесса пе­реплава существуют и затвердевшая часть слитка и чашеобразная ванна жидкой стали, покрытая толстым слоем расплавленного шлака. Поскольку процесс кристаллизации протекает направлен­но — снизу вверх — процесс ликвации не получает здесь разви­тия, а неметаллические включения в значительной мере успевают всплыть и удалиться в шлак.

    Электрошлаковый метод переплава исключает процесс разлив­ки, как самостоятельную технологическую операцию, устраняет такие дефекты слитка, как образование усадочной раковины, осе­вой рыхлости, зональной ликвации, подкорковых пузырей и др. Опыт электрошлакового переплава — выплавки нес­кольких тысяч тонн стали более чем 45 марок характеризуется получением металла плотной структуры, лишенного каких-либо дефектов.

    При электрошлаковом переплаве ликвидируются подкорковые пузыри и другие источники образования волосовин (включения глинозема, силикатов и др.), что позволяет рекомендовать приме­нение этого процесса для производства сталей, склонных к таким порокам. Так сталь марки 15Х2ГН2ТРА обладала склонность к образованию волосовин. Применением электрошлако­вого переплава этот недостаток был полностью устранен.

    Электрошлаковый переплав заметно повышает пластичность и ударную вязкость конструкционных сталей, повышая однород­ность ее механических свойств в продольном и поперечном напра­влениях. Все это позволяет рассчитывать на значительное расши­рение этого метода производства конструкционной стали ответст­венного назначения, в настоящее время сдерживаемого малым количеством специализированных установок и повышенной стои­мостью такой стали.

    Источник

    Характеристика и применение металлургического шлака

    Металлургический шлак находит свое применение в качестве подсыпки для дороги и в других сферах деятельности. Его состав и плотность, особенности производства представляют определенный интерес для промышленности. О том, что это такое в металлургии, как используется, стоит поговорить более подробно.

    Что это такое?

    Существует множество побочных продуктов, остающихся от выплавки черного и цветного металлов. Основным отходом производства является шлак. Он представляет собой продукт распада руды, может иметь разнородный состав, различные свойства и характеристики. Металлургический шлак получают наравне с золой, остающейся после выплавки стали, чугуна. Он остается на производстве после переработки, требует последующей утилизации или повторного использования в качестве самостоятельного материала.

    Металлические шлаки — продукты высокотемпературной обработки. Это отходы силикатного типа, имеющие многокомпонентную структуру. Долгое время шлаки просто утилизировались, не представляя особого интереса. Все изменилось во второй половине XX века. Именно с этого момента отходы металлургии стали активно применять в строительстве, сельскохозяйственной отрасли, при прокладке дорожных сетей.

    Состав и свойства

    Состав металлургического шлака неоднороден. Фактически он представляет собой химический сплав окислов, занимающих от 90 до 95% объема. Оставшаяся доля приходится на сульфиды, сульфаты, галоидные соединения. В зависимости от содержания окислов шлаки делятся на основные (с показателем до 1%), моносиликаты (1%), бисиликаты (2%), кислые (до 3%).

    Перечислим остальные характеристики.

    1. Удельный вес куба. Он составляет 0,7-1,9 т для продукта в россыпи, а для кускового – 0,7-2,9 т.
    2. Класс опасности. Для всех металлургических шлаков устанавливается IV степень. Это означает, что отход металлургии вреден для окружающей среды, требует правильной утилизации и переработки.
    3. Плотность. Ее показатели варьируются от 750 до 1100 кг/м3.
    4. Выход на 1 т металла. Для черных металлов он составляет от 100 до 700 кг. Современное производство предусматривает использование разных процессов выплавки металла. В доменной печи средний показатель равен 80 кг/т, в мартеновской – около 30 кг/т, при конвертерной технологии – не превышает 18 кг/т. Цветная металлургия выдает до 200 т шлака на 1 т металла.

    Все эти показатели учитываются при дальнейшем использовании отходов металлургической промышленности.

    Особенности производства

    По способу производства шлаки в металлургии подразделяют на несколько групп. В условиях завода переработка отходов происходит одновременно с другими процессами. Например, отделение конвертерного шлака при выплавке стали осуществляется в процессе продувки расплавленного черного металла. Все посторонние включения при этом окисляются, а затем удаляются.

    При выплавке черных металлов используется преимущественно метод с использованием вагранок. Это печи шахтного типа, первоначально используемые в производстве чугуна. У метода высокий КПД, в отличие от доменной обработки он не меняет химический состав сплава. Шлак спускается через специальную летку.

    Для плавления цветных металлов используют другие типы печей. Получаемый при этом шлак, покрытый пленкой, перерабатывают особым способом.

    Добиться максимально полного извлечения ценных веществ из материала помогает их обеднение с помощью хлорирования, центрифугирования или электрического воздействия.

    Несмотря на совершенствование технологий, основным способом получения шлаков в черной металлургии является процесс плавления металла в доменной или мартеновской печи. В этом случае сбор отходов осуществляется благодаря более низкой удельной плотности. Шлак всплывает над поверхностью чугуна, удаляется через специальную летку. При мартеновском способе плавления отходы также скапливаются над стальной жидкой массой, их сбор не составляет труда.

    Основная классификация металлургического шлака осуществляется исходя из способов его производства и состава. Именно они определяют, каким будет дальнейшее применение материала. Базовое деление разграничивает отходы черной и цветной металлургии. Вторая группа не слишком многочисленна, содержит значительное количество оксидов железа с примесями кальция и магния, также в составе присутствуют более ценные примеси.

    Удельный вес таких отходов значительно выше, им требуется дополнительное обеднение.

    Группы шлаков, получаемые при производстве черных металлов, более разнообразны. Они делятся на 4 вида.

    1. Ферросплавные. Образуются в процессе изготовления соответствующих сплавов. Помимо железа, в таких шлаках встречаются кремний, марганец, хром, другие типы примесей.
    2. Ваграночные. Получаются при выплавке чугуна в вагранках — особых печах. Состоят из образовавшегося флюса, кокса, пригара, золы и продуктов окисления металлов. Доля оксидов в них достигает 90%. Полученный продукт имеет кислотность выше 3%, выделяет минералы, алюмокремниевые стекловидные частицы.
    3. Сталеплавильные. Их получают при открытой выплавке стали вне зависимости от типа агрегата. Это оксиды с низкой плотностью, не содержащие летучих соединений, часто имеющие значительную долю загрязнений. Для шлаков этого типа характерно высокое содержание продуктов окисления железа и марганца.
    4. Доменные. Самый распространенный тип, имеет силикатную или алюмосиликатную структуру. В зависимости от химического состава при остывании шлак приобретает каменистую структуру, из которой в дальнейшем получают щебень или другой строительный материал, но может и рассыпаться в порошок. Для определения последующего назначения материала используют специальную систему контроля качества.

    По своему составу шлаки черной металлургии после остывания делятся на распадающиеся и нераспадающиеся породы. Вторая группа приобретает вид каменистых образований. Распадающиеся варианты принято делить на категории согласно их минеральному составу.

    Чаще всего встречаются следующие варианты:

    • силикатные – при утилизации они распадаются на мелкодисперсные порошкообразные частицы;
    • известковые – дробящиеся в крошку разного размера;
    • марганцевые – растворяющиеся во влажной среде;
    • железистые – подверженные растрескиванию под воздействием влаги.

    Шлаки, не распадающиеся под влиянием внешней среды, применяются в качестве основы для производства щебня и других видов строительного камня. В зависимости от способа обработки их охлаждают и дробят полусухим методом в специальных барабанах либо подвергают «мокрому» воздействию сильной струи воды.

    В этом случае материал сразу измельчается в процессе выхода из доменной печи, а затем лишь обдувается для просушивания и окончательного остывания.

    Сфера применения

    Гранулированные шлаки — отходы доменной выплавки черных металлов — являются самыми доступными для последующей переработки. Их роль в сфере строительства сложно переоценить. Материал является источником получения щебня — более дешевого, чем природный камень. Готовый продукт применяют:

    • для строительства дороги — в качестве подсыпки;
    • в производстве ЖБИ;
    • в сельском хозяйстве, в качестве дренажа для почвы;
    • в изготовлении бетонов, в качестве заполнителя.

    Шлаки, получаемые при производстве ферросплавов и при сталелитейном производстве, в виде порошкообразных примесей добавляют в цемент. Такой состав приобретает повышенную химическую стойкость. В сочетании с портландцементным клинкером удается дополнительно улучшить физические свойства материала. Смешанные с жидким стеклом или содой гранулированные шлаки применяют при изготовлении бетонных смесей, способных твердеть при пониженных температурах.

    При литьевой обработке шлака можно получить готовые изделия: тротуарную плитку и бордюрный камень, интерьерные напольные покрытия. Также этот метод позволяет создавать трубы и фитинги к ним, фасадную отделку. Затраты на производство существенно снижаются, а по своим характеристикам готовый материал не уступает традиционным аналогам из металла или железобетона. Литье производится путем формовки расплавленного шлака.

    Из вязкого доменного, сталеплавильного, ваграночного сырья можно получить минеральную вату. Для этого нагретый до жидкого состояния состав отправляется в вытяжные машины для формирования волокон.

    Полученные таким способом плиты могут быть очень жесткими или довольно мягкими, имеют упругую, плотную структуру. За счет синтетических полимеров и битумных связующих они сохраняют свои свойства длительное время.

    Источник

    Читайте также:  Технология сварки стали 17г1с
    Adblock
    detector