Виктор Александрович Кудрин
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
*** 1989 ***
|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Железо в шлаке может быть в виде оксидов FeO и Fe203 и в виде запутавшихся в шлаке корольков железа. Основность этих шлаков невелика. Обычно эти шлаки скачивают из агрегата после завершения начального периода плавки и могут храниться и перерабатываться отдельно.
Сформировавшиеся к концу плавки (конечные) шлаки. Обычно эти шлаки содержат несколько меньшее количество железа, чем первые, и имеют более высокую основность (CaO/Si02 ==¦ -- 2,5ч-3,5). В тех случаях, когда выплавляют низкоуглеродистую сталь, содержание оксидов железа и в этих шлаках может быть достаточно высоким (15—20 %), однако корольков железа в них значительно меньше. Конечные шлаки можно оставлять в агрегате для использования на следующей плавке или после выпуска вновь загружать в печь. Попадающие в сталеразливочный ковш с выпускаемой сталью. Эти шлаки в жидком состоянии содержат еще меньше оксидов железа и незначительное количество корольков железа; на практике часто определенное количество металла, остающегося на днище и стенках ковша после окончания разливки стали, попадает вместе со шлаком в шлаковые чаши (куски металла, остающиеся на стенках и днище ковша, называются скрапинами). Получаемый таким образом конгломерат конечного шлака и скрапин металла тщательно разделывают для максимального извлечения железа. Иногда на дне ковша остается сравнительно большая масса металла. Обычно это случается при разливке холодной плавки. Поскольку эта масса извлекается из ковша с большим трудом (т. е. сопротивляется извлечению), ее называют «козлом». Застывшие на две ковша «козлы» также пускают в переплав. В среднем можно принять, что в сталеплавильных шлаках содержится 20—25 % железа (в пересчете на чистое), в том числе 10—15 % металлического железа. Находящееся в шлаке металлическое железо затрудняет его переработку, поэтому для помола такого шлака требуется мощное дробильное оборудование. Однако при измельчении шлака до размеров 25—75 мм из него извлекается металла почти 15 % от массы шлака, что экономически оправдывает все затраты на помол шлака и извлечение металла. В некоторых случаях использование шлаков сталеплавильного производства еще более эффективно. 1. При достаточно высоком содержании оксидов железа и марганца шлаки используют в качестве флюсов для ваграночного и аглодоменного производств. 2. Высокофосфористые шлаки успешно заменяют суперфосфат и широко используются в сельском хозяйстве. Такие шлаки настолько ценны, что сама технология передела высокофосфористых чугунов построена так, чтобы одновременно получить и чистую по фосфору сталь, и возможно более богатый фосфором шлак. Например, при переработке фосфористых чугунов с вдуванием в струе кислорода порошкообразной извести через 15—16 мин продувки производится скачивание и смена шлака. Момент остановки операции для скачивания шлака выбирают таким образом, чтобы шлак содержал как можно больше фосфора. Для того чтобы повысить содержание фосфора в шлаке, в ванну подают при продувке лишь такое количество извести, какое необходимо для получения основного шлака, не разъедающего футеровку, и достаточное для максимального извлечения из металла фосфора. 3. Высокоосновные шлаки используют в сельском хозяйстве для известкования почвы. 4. При переделе руд, содержащих ванадий, одним из элементов технологии является кратковременная продувка чугуна в конвертере. Ванадий обладает высоким химическим сродством к кислороду и окисляется вместе с кремнием, титаном, марганцем в самом начале продувки. Такие чугуны перерабатывают, например, в конвертерных цехах ЧусМЗ и НТМК. Для того чтобы в образующемся шлаке содержалось больше ванадия, известь в начале операции не загружают. Таким образом удается в начальный период продувки получить шлак, содержащий 16— 18 % V205. Этот шлак скачивают и направляют на ферросплавные заводы для производства феррованадия или используют в чистом виде для легирования стали (поскольку известь в конвертеры не загружалась, ванадиевый шлак содержит очень мало фосфора и серы). 5. Высокомарганцовистые шлаки, образующиеся при переделе чугуна о повышенным содержанием марганца, могут быть использованы как добавки, повышающие содержание марганца в стали. 6. Высокоосновные конечные шлаки используют повторно. Например, конечные шлаки конвертерного производства содержат 50—60 % СаО; 13—15 % Si02; 8—6 % FeO; 4—10 % MgO. Эти шлаки содержат определенное количество извести, не успевшей за время плавки ошлаковаться. При вторичном использовании такого шлака в количестве 25 кг/т стали расход извести снижается с 60 до 50 кг/т стали, улучшается шлакообразование, повышается степень десфосфорации металла. 7. Шлаки могут быть использованы для получения различных изделий (так называемое каменное литье). 8. В больших масштабах сталеплавильные шлаки используют в дорожном строительстве. Требования к щебню, используемому в дорожном строительстве и получаемому из шлаков, определены в СССР соответствующим ГОСТом. Однако при этом возможны случаи, когда оставшаяся в шлаке неошлакованная известь СаО взаимодействует с влагой воздуха. Свойства и плотность материала при этом изменяются и на дорожном покрытии образуются трещины. Кроме того, распад основных шлаков обусловлен переходом во время охлаждения при 675 °С силикатов (CaO)a-SiOa из р- в у-модификацию о увеличением объема. Распад протекает во времени. Существуют стандарты по предварительной оценке устойчивости структуры шлакового щебня против распада, а также ряд способов для исключения этого явления. Например, для предотвращения разложения свободного оксида СаО шлака предлагаются такие меры, как продувка жидкого шлака кислородсодержащим газом. При подаче кислорода двухвалентное железо Fea+, содержащееся в шлаке, окисляется до трехвалентного Fe3+ и взаимодействует с СаО с образованием феррита кальция, который не разлагается на воздухе. Используется также такой прием, как обработка шлака паром в закрытых емкостях в течение 2—3 ч. Обработанный таким образом шлак может быть использован в строительстве. В большинстве случаев использованию шлака в качестве строительного материала предшествует его выдержка в отвалах, а затем измельчение и магнитная сепарация для извлечения металла. 9.Исследования, проведенные в СССР и за рубежом, показали, что щебень из сталеплавильных шлаков является полноценным заменителем гранитного щебня в бетонах и железобетонах. В СССР на целом ряде металлургических предприятий (HJIMK, ЧерМК, «Азовсталь», МК им. Ильича и др.) создано и действует оборудование для практически 100 %-ной переработки шлаков. При этом получают значительное количество щебня, шлаковой муки, фосфатшлака, извлекают значительное (в 1987 г. 2 млн. т) металла. Однако пока еще в целом по стране проблема утилизации шлаков решена не полностью (многие конструктивные разработки — в стадии решения). Разрабатывают технологии получения из шлаков абразивных материалов, методы сухой и мокрой грануляции жидких сталеплавильных шлаков. Особенно перспективна организация сухой грануляции, при которой одновременно решаются две задачи: облегчается охрана водного бассейна и получается нагретый воздух. Кроме того, расширяется использование конвертерных шлаков при выплавке чугуна и производстве агломерата. Применение шлаков позволяет заменить в шихте часть агломерата, сырого известняка и марганцевой руды, при этом удешевляется аглошихта, увеличивается производительность агломашин и повышается прочность агломерата. Исследуются возможности использования тепла расплавленного шлака и его составляющих (прежде всего, окислов железа и СаО) для технологических целей непосредственно в сталеплавильных агрегатах. Повторное использование мартеновского шлака. На заводах СССР исследуется несколько вариантов повторного использования конечного мартеновского шлака. ИПЛ АН УССР опробовал на КомМК технологию выплавки стали в 300- и 600-т мартеновских печах с повторным использованием мартеновского шлака. Жидкий мартеновский шлак заливали слоями на известняк, расположенный в специальной траншее на шлаковом дворе. Под воздействием тепла жидкого шлака происходил частичный обжиг известняка и обволакивание его кусков шлаком. Получался материал, названный авторами желеаофлюсом состава: 55—65 % СаО; 10—15 % Si02;2—5 % МпО; 5—15 % Fe 0,015—0,0э0 % S; 3—7 % FeMex. Железофлюс вводили в печь в завалку вместо известняка. В результате уменьшилась продолжительность плавки, увеличился выход годной стали (за счет использования железа шлака), снизился расход известняка. Кроме того, известна технология плавки в качающихся мартеновских печах с оставлением части металла со шлаком (иногда —только шлака) предыдущей плавки в печи. Оставление шлака в стационарной печи затруднительно. Однако на ДонМЗ организовали проведение плавок по технологии с оставлением конечного шлака в 165-т стационарной печи, при этом было достигнуто уменьшение продолжительности периода плавления и снижение расхода топлива и кислорода. Использование в конвертерах конечного шлака предыдущей плавки. Такая технология была успешно опробована на НТМК в двух вариантах. В первом варианте на оставленный в конвертере после выпуска плавки высокоосновный шлак присаживали известь для его загущения и приведения в неактивное состояние. При этом общий расход извести на плавку уменьшался в зависимости от количества оставленного шлака. Уменьшался также (в два раза) расход плавикового шпата. Во втором варианте на оставленный в конвертере шлак присаживалась порция необожженного доломита и поворотом конвертера вначале на заливочную, затем на сливную сторону производилось намораживание шлакового гарнисажа на футеровке, что способствовало уменьшению износа футеровки. Затраты времени на проведение этой операции компенсировались ускорением процесса шлакообразования, так что в целом цикл плавки не увеличивался. В обоих вариантах оставление шлака улучшало тепловой баланс операции. На ряде зарубежных заводов также успешно используют технологию с использованием высокоосновных конвертерных шлаков в завалку как в конвертеры, так и в электродуговые печи. Так, на Катовипкоы металлургическом комбинате (ПНР) опытным путем установили, что введение в завалку (после завалки лома, перед заливкой чугуна) конечного конвертерного шлака (20 кг/т стали) улучшает условия шлакообразования, снижает расход извести и доломита. Введение конвертерного шлака в шихту электропечей (17,5—18,5 кг/т стали) обеспечивает экономию 15 кг извести и ~5,5 кг плавикового шпата на 1 т стали. |
