Сложившаяся экономическая ситуация, обусловленная отсутствием в России эксплуатируемых месторождений марганцевой руды, способствовала переходу доменных цехов на выплавку маломарганцовистых чугунов (Mn<0,3%). Конвертерный передел таких чугунов имеет характерные особенности, приводящие к ухудшению условий службы технологического оборудования и огнеупорной футеровки.

В основе трудностей лежит проблема эффективного шлакообразования в начале плавки. Исследования показали, что данная проблема становится еще более актуальной во второй половине кампании футеровки конвертера [1], так как разрушение огнеупора рабочего слоя приводит к уменьшению интенсивности перемешивания ванны. Поэтому одним из основных вопросов организации экономически целесообразного передела чугунов различного состава является интенсификация и оптимизация режима наведения шлака.

Снижение содержания оксидов Mn в шлаке может быть компенсировано увеличением окисленности шлака путем изменения высоты кислородной фурмы и расхода кислорода. Такой подход нерационален, так как замена оксидов марганца оксидами железа приводит к увеличению вероятности образования выбросов шлакометаллической эмульсии; интенсификация продувки сокращает время шлакообразования; повышенная окисленность шлака, характерная для данного направления, сокращает резерв футеровки.

Мероприятия по изменению дутьевого режима должны дополняться присадкой специальных материалов, разжижающих шлак и способствующих растворению извести, например плавикового шпата, флюорита, уртита, борсодержащих флюсов, различных производственных отходов. Недостатки таких флюсов – ограниченность запасов, высокая стоимость, загрязненность соединениями серы, фосфора и кремния; высокая температура плавления, не соответствующая требованиям начального периода плавки; агрессивное влияние на огнеупорную кладку.

При увеличении доли MgO в шлаке до определенного предела, магнезия может являться заменителем оксида марганца как разжижитель шлака, что позволяет получать менее окисленные шлаки. Повысить содержание MgO в шлаке возможно различными способами, например заменой части извести материалами с высокой долей магнезита.

Преимущества доломитизированной извести заключаются в меньшей температуре плавления, высокой реакционной способности по отношению к первичным железисто-кремнистым шлакам и благотворном влиянии на стойкость футеровки.

Плавки с применением доломитизированной извести характеризуются меньшим износом футеровки, удовлетворительной степенью десульфурации металла, пониженной окисленностью шлака, меньшими потерями металла с выносами и, как следствие, более высоким (до 0,5%) выходом жидкого металла [2].

Несмотря на положительное влияние MgO, ввод его в виде сырого доломита или доломитизированного известняка нецелесообразен ввиду высокого охлаждающего эффекта, ограничивающего использование лома.

Также необходимо учесть, что ввод MgO наиболее эффективен в составе какого либо шлакообразующего материала. Следует отметить и редкость месторождений доломита, и невыгодное их расположение по отношению к металлургическим заводам.

Современная металлургия ориентируется на использование синтетических шлакообразующих материалов, что обусловлено широким разнообразием их состава и свойств. Как правило, одновременно решаются вопросы утилизации отходов металлургических и иных производств, а получаемый продукт обычно дешевле природных материалов.

Достоинством синтетических материалов, получаемых на основе извести и оксидов железа является то, что оксиды железа и кальция находятся в тесном контакте, образуя легкоплавкие соединения.

Основные из искусственных интенсификаторов - ожелезненная известь, высокоосновный агломерат, окатыши, шламсодержащие брикеты. Каждый из материалов имеет свои неоспоримые достоинства, однако ни один из рассмотренных шлакообразующих материалов и направлений интенсификации шлакообразования не удовлетворяет в полной мере требованиям конвертерного производства по химическому и фракционному составу, охлаждающей способности, агрессивности по отношению к огнеупорной кладке, теплофизическим свойствам и стоимости. Поэтому конвертерное производство нуждается в создании специальных комплексных флюсов (КФ) на основе ферритов кальция, химический состав которых близок составу первичного шлака (табл. 1).

Ориентировочный химический состав комплексного флюса и конвертерного шлака начального периода продувки, %

КФ обеспечивает более полное усвоение извести и ускорение процессов рафинирования металла. При производстве синтетических шлакообразующих возможно целенаправленное изменение их химического состава и физических свойств.

Нашими исследованиями, базирующимися на обширном статистическом материале и серии экспериментов, установлено благоприятное влияние на скорость износа огнеупорного слоя футеровки комплексных флюсов даже с небольшой долей MgO (до 5%). Так, на плавках с КФ в 160-т конвертере в шлак из футеровки поступило 124 кг MgO против 240 кг на базовых плавках. При этом средняя скорость перехода MgO футеровки в шлак в опытный период составила 7 кг/мин, в базовый - 13,7 кг/мин [3]. Снижение скорости износа огнеупора определяется не только положительным влиянием магнезии флюса, но и улучшением условий растворения извести, т.е. процессов шлакообразования.

Исследования показали, что оптимальное содержание магнезии в начальных низкоосновных шлаках, не приводящее к ухудшению их вязкостных и рафинировочных характеристик, находится в диапазоне 5-8% [4]. Изучение вопроса возможности насыщения первичных шлаковых расплавов магнезией флюса показало возможность эффективного регулирования содержания MgO в первичном шлаке, однако обеспечить содержание MgO, близкое к желаемым 5-8%, возможно только при использовании КФ с долей MgO выше 12% (рис.). Пока же производство высокомагнезитовых флюсов технологически нецелесообразно, поэтому повышение MgO в первичном шлаке путем ввода в составе ФКФ не должно являться приоритетной целью.

Для насыщения первичного шлака магнезией до уровня 5% рекомендуется использовать смесь извести и доломитизированной извести, содержащую до 4% MgO, совместно с комплексным флюсом с содержанием магнезии в пределах 4-6%.

Рис. Влияние содержания MgO во флюсующем материале на содержание MgO в первичном шлаке

Библиографический список

1. Дутлов С.А. Вечер В.Н., Завражин В.Д. Исследование поведения серы в кислородном конвертере по ходу кампании футеровки// Тезисы докладов Всероссийской науч.-тех. конференции. Липецк. 1996.- С.59-61.
2. Дидковский В.К., Третьяков Е.В. Использование магнезиальных шлакообразующих материалов для повышения стойкости футеровки кислородных конвертеров//Обзорная информация. Ин-т "Черметинформация", сер. "Сталеплавильное производство" вып. 4.- М.: 1985.- 23 с.
3. Хайдуков В.П. Теоретические и технологические основы получения комплексных шлакообразующих и их использование в кислородно-конвертерном производстве. Дисс. ... д-ра техн. наук. - Липецк, 1996.- 461 с.
4. Дутлов С.А. Исследование и оптимизация шлакового режима при переделе низкомарганцовистого чугуна в большегрузных конвертерах: Автореф. ... канд. техн. наук.- Липецк, 2000. - 22 с.