ОТДЕЛЕНИЕ ШЛАКА ОТ МЕТАЛЛА

Важнейшим элементом успешного проведения операций внепечной обработки является контроль и регулирование количество шлака, попадающего в ковш, при выпуске стали. Конечный плавильный шлак содержит значительное количество окислов железа, соединений фосфора и серы, растворенных газов. Попадание такого шлака в ковш, замедляет эффективную внепечную обработку стали. При этом повышается угар раскислителей и легирующих, из шлака в металл восстанавливается фосфор, снижается степень десульфурации, увеличивается износ футеровки ковша и загрязнение металла неметаллическими включениями.

При отделении шлака от металла необходимо точно и быстро определить момент появления шлака в выпускном отверстии, а затем отсечь его вытекание. При выпуске металла из конвертера момент появления шлака в выпускном отверстии определяется несколькими методами. Самый простой из них, но субъективный метод, когда визуально оценивается момент изменения светимости струи, которая значительно ниже у шлака, чем у металла.

Точнее этот момент определяется с помощью радиационного пирометра.

Надежным и освоенным на практике является метод использования электромагнитного индикатора шлака. В этом случае за прослойкой из плавленого магнезита с двух сторон отверстия на углеродистой связке устанавливают два индуктора. При пропускании переменного тока определенной частоты через один из индукторов во втором наводится ЭДС индукции. Величина ее зависит от магнитной проницаемости расплава в отверстии. Поэтому появление шлака в струе приводит к изменению величины ЭДС индукции, что фиксируется контрольным прибором. Сигнал может усиливаться и озвучиваться ревуном или подаваться к исполнительному приспособлению для перекрытия отверстия.

Успешно применяется также метод определения момента смены металла шлаком при использовании месдоз, устанавливаемых под упором сталеразливочного ковша, принимающего плавку. Так как металл в 2 раза тяжелее шлака и более жидкоподвижен, то в момент начала вытекания шлака резко изменяется график нарастания давления на месдозы. Этот сигнал, как и с индикатора шлака, используется для отсечки шлака.

Непосредственные методы отсечки шлака также разнообразны. Во всех случаях предварительное загущение шлака присадками доломита или коксика облегчает его отсечку. Надежно предотвращается попадание шлака в ковш при оставлении части металла в конвертере, но это связано с уменьшением производительности агрегатов.

В простых ситуациях используется метод «подрыва», когда при появлении шлака в отверстии конвертера его быстро поднимают, оставляя в нем шлак, который затем сливают в шлаковую чашу.

Перекрывать выпускное отверстие можно шиберным затвором, но из-за перегрева и коробления деталей возможны случаи заклинивания подвижной части шиберного затвора.

Фирмой Voest – Alpine разработана пневматическая пробка для перекрытия выпускного отверстия кислородного конвертера. Удерживается шлак в конвертере под действием давления газа, вдуваемого через пробку в выпускное отверстие.

Надежны распространенные методы автоматического перекрытия выпускного отверстия конверторов различными пробками, рис. 7.33 б. Пробка, например, состоит из стального ошипованого шара, покрытого огнеупорной обмазкой. Слой обмазки подбирают такой толщины, чтобы усредненная плотность пробки была меньше плотности металла, но больше плотности шлака. Такая пробка плавает на границе шлак-металл и автоматически перекрывает отверстие после окончания выпуска металла.

На рис. 7.32 представлен метод задержки шлака в специальной емкости.

В емкость с двухсторонней футеровкой, установленную внутри ковша, металл начинают сливать в конце его выпуска. Когда из отверстия конвертера начинает вытекать один шлак, конвертер поворачивают в вертикальное положение, а в промежуточную емкость помещают шар, плавающий на границе шлак-металл. Затем промежуточную емкость поднимают краном, металл сливается в ковш, а шлак отсекается шаром.

Предложено также устройство типа сильфона, рис. 7.33 г, в котором металл сливается через футерованный канал. Форма и конструкция его предусматривают уравновешивание статического давления последних порций металла статическим давлением шлака.

Применение современных средств для отсечки шлака при выпуске плавки из конвертера позволяет уменьшить количество его, попадающего в ковш не более 0,4% от массы металла.

Современная технология выплавки стали в дуговых электрических печах с одношлаковым режимом, также требует организации отсечки окислительных шлаков. Эффективная отсечка шлака на ДСП достигается при использовании усовершенствованных шиберных затворов, обеспечивающих управляемый донный выпуск стали без поворота корпуса печи. Такая технология обеспечивает сокращение длительности плавки на 5-7 мин, уменьшение расхода электроэнергии на 6-10%, электродов на 10-13%, огнеупоров на 12-16% и шлакообразующих на 14-16%.

 

а – разрез сталеразливочного ковша и промежуточной емкости в момент окончания выпуска;

б – начало выпуска; в – окончание выпуска; 1 – шлак; 2 – огнеупорный шар-отсекатель шлака; 3 – сталь.

 

Рисунок 7.32 – Схема отделения шлака от металла через промежуточную

емкость

а – через промковш; б – плавающим шаром; в – стопором; г – сильфоном; д – шибером; е – пневматической пробкой.

Рисунок 7.33 – Способы отсечки шлака при выпуске плавки из конвертера

 

Самым сложным является вариант отсечки шлака при выпуске из стационарных мартеновских печей, так как в них ось выпускного отверстия лишь немного наклонена к горизонту. Еще труднее решать отсечку шлака в ДСА с большой глубиной ванны. Применение качающихся желобов ванного типа со стационарной скиммерной перегородкой, рис. 7.34 обеспечивает удовлетворительные результаты, но только при незначительных отклонениях диаметра выпусного канала от номинала (до 7%).

1 – скиммерная перегородка; 2 –отверстие; 3 – надставка; 4 – выемка; 5 – выемка.

 

Рисунок 7.34 – Сталевыпускной желоб ванного типа

Гидродинамическое торможение струи в таких желобах предотвращает ее воздействие на «боевую» стенку ковша, уменьшает разбрызгивание и потери металла. Шлак накапливается в приемной части желоба и через выемку 4 стекает в шлаковую чашу. Некоторые конструкции желобов предусматривают поворачиваемую заслонку для оперативного регулирования отсечки шлака на поверхности потока.

Отделение шлака от металла после заполнения ковша практикуют вакуумным отсосом, применением специальных установок для наклона ковша и механического сгребания шлака с поверхности металла или инициируя стекание шлака продувкой аргоном. Но эти способы требуют увеличения высоты ковша и использования громоздкого оборудования.

Практически полностью отделяется металл от шлака при переливе его из ковша в ковш, но при этом значительно понижается температура металла. Этот метод используется при работе дуплекс – процессом (основной - кислый) и переработке фосфористых чугунов. Попавший в ковш шлак еще отсекают, вводя в ковш сверху огнеупорный колпак с торцом, перекрываемым проплавляемым конусом (процессы SAB и CAS).

Важными критериями при выборе способа отделения шлака от металла являются безопасность, надежность, низкие потери металла, экономичность.

Если после отсечки плавильного шлака металл не покрыт синтетическим шлаком, то необходима тепловая изоляция теплоизолирующими засыпками. Обычно с этой целью используют вермикулит или керамзитовый гравий в количестве от 0,5 до 2,2 кг/т стали. При нагреве эти материалы разрыхляются и обеспечивают хорошую тепловую изоляцию. Китайцы используют рисовую шелуху, которая обугливается, создавая рыхлое теплоизоляционное покрытие. Недостатком вермикулитового покрытия является значительное пылеобразование.