Найдек В.Л., Мельник С.Г., Курпас В.И.

(Физико-технологический институт металлов и сплавов

НАН Украины, г. Киев)

Е-mail: opprs@ptima.kiev.ua

В ХХI веке, как и предполагалось [1], сталь остается основным наиболее востребованным конструкционным материалом. При ее производстве неизбежно образуется большое количество технологических отходов, в том числе и в  основном это  сталеплавильные шлаки (от 100 до 300 кг/т стали). При выплавке 1 т кислородно-конвертерной стали со шлаком теряется до 40 кг железа в виде оксидов, скрапин и корольков [2], а также минеральная составляющая шлака. В связи с этим представляется актуальной и необходимой разработка новых технологий, включающих повторное использование сталеплавильных шлаков при производстве металлопродукции. Одним из направлений энергосбережения является применение для рафинирования стали активных шлаковых расплавов, которые формируют в сталеразливочном ковше с использованием жидких конечных шлаков и твердых кусковых шлаковых смесей на основе СаО с добавками различных компонентов. Полезное использование теплового и физико-химического потенциала  этих шлаков может быть осуществлено формированием рафинировочного шлакового расплава в сталеразливочном ковше по ходу выпуска плавки или синтезированием его в специальном агрегате – шлаковом реакторе конвертерного типа, позволяющем разделить шлаковый расплав и металлический продукт восстановительного рафинирования шлака. В работе [3] автор показал, что до 20 % от общего количества тепла,  расходуемого  на  плавку,  уходит  на  формирование шлака при его образовании в количестве 100 кг/т стали. Cохранение  физического тепла  жидких  сталеплавильных  шлаков,  которое по нашим расчетам составляет  в  среднем  2,0 ГДж/т шлака, является  несомненным преимуществом применения их в металлургическом производстве.

Эффективность рафинирования стали исследовали при десульфурации конвертерной стали 10Г2ФБ, предназначенной для газопроводных труб большого диаметра. Обычно эффективность десульфурации  металла при рафинировании обработкой добавочными материалами связывают с кислородными потенциалами металлической и шлаковой фаз, формированием основных шлаков и характеризуют термодинамическим или фактическим коэффициентом распределения серы между фазами  и сульфидной ёмкостью шлака , связанных между собой известной зависимостью

,                            (1)

где (S), [S] и α_[O] – содержание серы в шлаке, в металле и активность кислорода в металле, соответственно.

Для реакций обменного типа, учитывая, что активность серы в шлаке α_(S^2-₎ по определению  где - коэффициент активности серы в шлаковой фазе, получаем выражение для константы равновесия реакций

,                            (2)

где P{o₂} и P{s₂} – парциальные давления кислорода и серы в газовой фазе.
Из определения сульфидной емкости шлака  с учетом уравнения (2) получаем

.                              (3)

Для стали 10Г2ФБ, выплавленной с применением для рафинирования активных шлаковых расплавов, получено, что с увеличением  от 0,01 до 0,05 величина  увеличивается с 30 до 42.

Литература

1. Патон Б.Е. Мировые тенденции развития сталеплавильного производства в ХХ1 веке // Труды Международной конф. «Черная металлургия России и стран СНГ в ХХ1 веке».- М.: Металлургия, 1994.- Т. 2.- С.160-165.

2. Бигеев А.М. Металлургия стали.- М.: Металлургия, 1988.- 450 с.

3. Меджибожский М.Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов.- К.-Донецк: Вища школа, 1986.- 280 с.