Современных сталеплавильных агрегатов

При изучении в лабораторных условиях физической химии и общей природы процессов окислительного рафинирования необходимо поддерживать строго постоянными все факторы, активно влияющие на термодинамику или на кинетику того или иного окислительного процесса, кроме того, влияние которого исследуется в данном случае. Однако в производственных процессах всегда одновременно изменяется целый ряд обстоятельств, существенно влияющих на природу окислительного рафинирования. Поэтому установленные в результате лабораторных исследований закономерности и связи далеко не всегда количественно точно совпадают с наблюдаемыми в производственных условиях изменениями скоростей окисления отдельных элементов, достигаемыми остаточными концентрациями их и т.д., хотя обычно подтверждают их качественно.

Следует подчеркнуть несовершенство наших представлений о том, как в действительности протекает тот или иной процесс окислительного рафинирования в промышленном агрегате, т.к. чаще всего мы судим о нем по составу металла в конце плавки, перед раскислением металла или перед его выпуском. В наибольшей степени это справедливо по отношению к конвертерному процессу, где контроль с помощью промежуточных повалок практически невозможен вследствие его отрицательного влияния на производительность конвертера. Кроме того, необходимое, для "повалки" конвертера прекращение подачи кислорода существенно искажает естественный ход изменения состава металла.

Наконец, даже при использовании автоматически погружаемых пробоотборников (или "боковых фурм") остается проблема представительности отбираемых проб. Эта проблема, в известной степени, остается актуальной и в случае контроля плавок в подовых сталеплавильных агрегатах, т.к. непостоянство химического состава металла в различных участках ванн этих агрегатов весьма существенно, в особенности в те периоды плавок, когда ванна продувается кислородом. Это было доказано многими тщательно поставленными исследованиями. Таким образом, приводимые в литературе графики изменений состава металлической ванны в процессе плавки, особенно в кислородных конвертерах, нужно рассматривать лишь как приближенно отражающие ход протекающих процессов. В случае конвертерного процесса большое значение имеет тот факт, что при современных высоких интенсивностях продувки и значительных расходах лома период его плавления и затвердевшей на поверхности скрапа "корки" чугуна затягивается долго, почти на все время плавки. При использовании крупного скрапа иногда наблюдается даже неполное расплавление некоторой его части к концу плавки, т.е. к моменту слива металла из конвертера. В результате иногда наблюдаются такие, на первый взгляд, аномальные явления, как, например, наличие вполне измеримых концентраций кремния (0,03-0,05 %) к концу плавки даже на низкоуглеродистой стали ([C]=0,08-0,10%). Конечно, это объясняется только затянувшимся на все время плавки (12-15 мин) расплавлением скрапа.

В условиях промышленных агрегатов особое значение имеет процесс шлакообразования. В лабораторных условиях обычно моделируется взаимодействие металла с уже сформировавшимся, гомогенизированным шлаком. Однако в таких интенсивно работающих агрегатах как кислородный конвертер или двухванная печь, процесс шлакообразования, т.е. растворения извести и других тугоплавких шлакообразующих материалов занимает значительную часть от времени всей плавки. В то же время, в промышленных агрегатах растворение шлакообразуюших материалов всегда осложнено различными химическими реакциями между компонентами уже образовавшегося шлакового расплава и составляющими твердой извести.

Все эти процессы практически невозможно одновременно и с достаточной точностью промоделировать в каком-либо одном лабораторном агрегате.

Для рассмотрения хода окислительных процессов в сталеплавильных агрегатах отметим сначала некоторые особенности этих процессов.