Глава 5. РАЗРАБОТКА МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОТСЕЧКИ ШЛАКА ПРИ ВЫПУСКЕ СТАЛИ ИЗ ПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Возможность повторного окисления стали в разливочном ковше печным шлаком ранее подвергалась сомнению. В ряде опубликованных работ повышение общего содержания кислорода в пробах металла, отобранных из ковша после выпуска стали, связывалось лишь с воздействием воздушной атмосферы и размыванием футеровки ковша. Однако позднее, когда в ходе освоения продувки стали инертным газом с целью ее усреднения по температуре и химическому составу неоднократно отмечались факты повышения угара легирующих элементов и увеличения содержания оксидных включений при интенсивном перемешивании металла во время его выпуска в разливочный ковш, потребовалась дополнительная проверка указанного утверждения. Было установлено, что перемешивание стали в ковше интенсифицирует процессы обмена между шлаком и металлом, в результате чего переход кислорода из шлаковой фазы в металлическую начинает протекать значительно быстрее, чем удаление газов из стали и вынос включений в шлак с пузырьками аргона. Поэтому на практике, согласно требованиям действующих технологических инструкций, подачу рафинирующих газов при появлении печного шлака в ковше немедленно прекращают, что ограничивает длительность обработки и, следовательно, снижает ее эффективность. Данное обстоятельство побудило исследователей начать работы по всестороннему изучению процесса вторичного окисления металла печным шлаком в ковше.

Сотрудники кафедры стали Московского института стали и сплавов, проводившие исследование процесса вторичного окисления при выпуске металла в ковш из мартеновской печи, экспериментальным путем с помощью кислородно-концентрационного элемента непрерывного действия, предварительно размещенного в футеровке ковша на расстоянии 0,5 м от днища, установили факт заметного повышения активности кислорода (от 0,001 до 0,003 %) в стали 20Х в момент начала схода в ковш первых порций печного шлака.

Аналогичные результаты были получены Ю. И. Шишкиным и В. И. Быковым при исследовании развития процесса вторичного окисления во время выпуска стали из 300-тонного конвертера. В качестве основного параметра, характеризующего протекание изучаемого процесса, использовался угар марганца, который заметно увеличивался в случае выпуска металла в ковш со шлаком. Причем с ростом активности кислорода в стали на выпуске повышалась доля марганца, окислившегося под действием оксидов железа шлака. В то же время угар раскислителей под воздействием кислорода атмосферы практически оставался неизменным.

Интенсивность перехода кислорода из шлаковой фазы в металлическую в разливочном ковше связано с окисленностью конечного шлака, а также с гидродинамическими условиями выпуска стали из плавильного агрегата. Как показали результаты визуальных наблюдений за массооб-мснными процессами, протекающими при имитации продувки стали в разливочном ковше, проводившейся с использованием в качестве моделирующих сред воды и керосина, при интенсивном перемешивании жидкой ванны потоки воды не только разрушают слой керосина на мелкие части, но и захватывают его, унося вглубь. На картине распределения фаз в модели ковша, приведенной на рис. 54, наблюдается достаточно развитая поверхность контакта моделируемых жидкого металла и печного шлака. Причем длительность контакта двух жидких фаз при их совместном движении существенно увеличивается, что также является одной из причин повышения скорости перехода кислорода из шлака в металл в реальных условиях протекания исследуемого процесса [37].