Балқыманың шойыны және қожтүзгіш материалы

Миксер арқылы жұмыс істеу көзделгенде, шойынды миксер бөлімшесіне әкелген соң, қож ағызу құрылғысымен қожын ағызып, шойынды миксерге құяды. Сөйтіп, бірнеше домна пешінен әкелінген шойынның миксерде химиялық құрамы мен температурасы орташаланады.

Шойынды миксерден шөмішке ағызып алып, шойынтасығышпен (3) конвертерлік цехтың тиеу пролетіне жеткізеді (4.11–сурет). Шөмішті кранмен көтеріп, қож ағызу мәшинесімен (4) қожын ағызады. Шойынның температурасын (>1300ºС) анықтаған (5) соң, енді конвертерге (1) құяды.

Домна пешінің шикіқұрамдық материалдарының құрамы тұрақталып, қорытылған шойын құрамы бірдейленгенде, оны болат қорыту цехына миксерлі типті шөмішпен тасыған тиімді.

Миксерлі типті шөмішті пайдаланудың артықшылықтары:

1) миксерлік бөлімшенің керегі жоқ;

2) шойын температурасы жоғары;

3) скрапты пайдалану мөлшері артады;

4) цехтың технологиялық үрдістерін ұйымдастыру жұмыстары жақсарады;

5) конвертерлік үрдістің көрсеткіштері жақсарады.

Шойынның химиялық құрамының болат сапасына, шеген төзімділігіне және конвертердің техника–экономикалық көрсеткіштеріне әсері үлкен.

Шойындағы кремний мөлшері жоғары болса, әк шығыны ұлғайып, қож мөлшері артып, темір жоғалтымы молаяды. Қожда кремнезем мөлшерінің көбеюі шеген төзімділігін төмендетеді әрі балқыманың фосфорсыздану және күкіртсіздену үрдісін нашарлатады. Жылу балансының кіріс бөлігі көбейетіндіктен, скрапты пайдалану артады.

Шойындағы кремний мөлшері өте төмен болса, әктің еруі ақырындап, қож түзілу үрдісі кешеуілдейді. Шойындағы кремнийдің оңтайлы мөлшері салқындатқыш түріне де байланысты. Егер балқыма тек темір кенімен салқындатылса, онда шойындағы кремнийдің оңтайлы мөлшері 0,3–0,5%. Егер балқыманы негізінен скраппен салқындату көзделсе, онда шойындағы кремний мөлшері 0,6–0,9%–ды құрайды.

Шойындағы марганец мөлшері шикіқұрамдық материалдағы күкірт мөлшері мен қорытылатын болат маркасына байланысты. Шойында марганец мөлшері жоғарылаған сайын, шойын мен болаттағы күкірт мөлшері аздап төмендейді, бірақ болат шығымы азаяды. Шойында марганец мөлшері өте төмен болса, қож түзілу үрдісі кешеуілдейді. ЛД үрдісі үшін шойын құрамындағы марганец мөлшері 0,7–1,1% болғаны оңтайлы деп есептелінеді.

Жоғарыдан оттегімен үрлеу конвертерлерінде төмен және жоғары марганецті шойыннан болат қорыту технологиялары жүзеге асырылған.

Шойында фосфор мөлшерінің жоғарылауы болат алу технологиясын қиындатып, үрдіс уакытын ұзартып, конвертер өнімділігін төмендетеді. Сондықтан мартендік шойын құрамындағы фосфор мөлшері төмен болғаны жөн. Дегенмен фосфорлы (~1%) немесе жоғары фосфорлы (~2%) шойыннан конвертерлік болат алу технологиялары іске асырылған.

Шойында күкірт мөлшерінің жоғары болуы, оның болаттағы мөлшерінің жоғарылауына әсер етеді. ЛД үрдісімен болат қорытуда күкіртсіздену толымсыздау орын алатындықтан, шойындағы күкірт мөлшері 0,04–0,05% болғаны жөн.

Қожтүзгіш және қосымша материалды салу. Сусымалы материалдар (әк, боксит және т.б.) конвертерлік пролеттің үстіңгі қабатындағы бас конвейерге (6) жеткізіліп, шанақтарға (7) (әрбір конвертерге алты немесе сегіз) салынады (4.11–сурет). Қожтүзгіш және қосымша материалдарды салу толықтай автоматтандырылған. Шанақтағы материал коректендіргіштен (9) кейін кірге (10) келіп түседі. Өлшенген материал құрылғы (11) арқылы конвертерге (1) және болаттасығыштың (20) шөмішіне беріледі.

Әк және т.б. қожтүзгіш материалдарды конвертерге салудың үш тәсілі бар[4]:

1) барлық қожтүзгіш материалдарды конвертерге скраптан кейін салады (шойын құйғанға дейін) немесе тіпті скраптан бұрын салады;

2) сусымалы қожтүзгіштерді болат қорыту барысында жоғарыдан үздіксіз салып отырады;

3) шойынға әктің жартысын салып, қалған қожтүзгіш материалдарды үрдістің бас кезінде бөліп–бөліп салады.

Жиі қолданыс тапқаны үшінші тәсіл.

Сұйық шойынды үрлеу үшін жоғарыдан фурманы (12) конвертер кеңістігіне түсіріп (4.11–сурет), техникалық таза оттегіні (99,5%) 1,0–1,5 МПа қысыммен бере бастайды. Оттегіні үрлеу қарқындылығы 5м³/(мин·т) және одан жоғары. Тиімді үрлеу режимі сұйық металл деңгейінен фурманың биіктігін өзгерту (0,7–3,0 м) арқылы қамтамасыз етіледі. Элементтердің тотығу үрдісі тезірек басталу үшін, фурманы төменірек түсіріп үрлейді, қож түзілу үрдісін жеделдету үшін жоғарырақ көтеріп.

4.12–сурет – ЛД үрдісі барысында металл мен қож фазалары құрамының өзгеруі

Сонымен қатар кремнийдің бір бөлігі металл–газ фазасы шекарасында үрлемемен тура тотыға алады

Марганец гетерогенді реакциялар бойынша үрдістің басынан бастап қарқынды тотыға бастайды:

Үрдіс басында марганец мөлшері жоғары, ал температура төмен болса, мына реакция орын алады

Көміртегінің бір бөлігі реакциялық зонада оттегімен тура тотықса,

Көміртегінің тотығу жылдамдығы оттегінің қарқындылығы мен СО–ның түзілу және бөлініп шығу жағдайларымен анықталады. Металл–газ, металл–шеген және т.б. фазалардың бөліну шекараларында СО–ның түзілуі әрі шығу үрдістері қолайлы, оның үстіне үрлеме ағынының зонасынан металға СО, СО₂, О_2, N₂ – ден тұратын көптеген көпіршіктер енеді.

Реакциялық зонадан тыс көміртегінің тотығу үрдісі күрделі әрі сатылы:

1) реакциялық зонада түзілген FeO–ның металда еруі;

2) оттегі мен көміртегінің көпіршіктер бетіне турбуленттік диффузиясы және адсорбциясы;

3) гетерогенді тотығу реакциясы.

Көміртегінің аса тотыққан қож тамшысының бетінде тотығуы мүмкін.

Жоғарыдан оттегімен үрлегенде, көміртегінің тотығуы балқыма көлемі және барысы бойынша бірдей емес. Көміртегінің қарқынды тотығуы реакциялық зонада, яғни фурманың астында, оттегімен түзілген FeO оксидтерінің мол әрі температураның ең жоғары(~2500ºС) жерінде орын алады. Реакциялық зонадан алыстай СО оксидінің түзілуі ақырындай бастайды.

Қож гетерогенді болғанда, көміртегінің тотығуы үстінгі қабаттарда қарқындылау өтеді (әсіресе қож түзгіш материалдарды салған тұста), яғни СО көпіршіктерінің түзілу үрдісі жеңілдеу жерлерде.

Көміртегінің тотығу жылдамдығы үрлеу кезеңінің басында төмендеу. Өйткені үрдіс жаңа басталған кезде, балқыманың температурасы әлі төмен және бұл кезеңде кремний мен марганец қарқынды тотығады. Кремний мөлшері азая әрі температура көтеріле келе көміртегісіздену зонасы ұлғая бастайды. Көміртегі тотығу жылдамдығының қарқынды өсуі балқыма температурасы 1400–1450ºС–ға көтерілген соң байқалады. Балқыманы үрлеу барысының орта тұсында көміртегінің ең жоғары тотығу жылдамдығы (0,5%С/мин) орын алады(4.12–сурет).

Үрлеме кезеңінің соңына қарай балқымадағы көміртегінің мөлшері азайған кезде (<0,2%), көміртігінің тотығу жылдамдығы, үрдістің кинетикалық және термодинамикалық өзгешеліктеріне байланысты төмендей бастайды.

Балқыманың фосфорсыздану үрдісі әк–темірлі қождың түзілу барысында

Неғұрлым FeO мен СаО–ның активтілігінің мәні жоғары, температура төмен болса, соғұрлым фосфор металдан қожға толымдырақ өтеді. Фосфордың металл мен қож фаза аралық бөлінуі тепе–теңдік күйге жетпегенмен, балқыманың көпшілік уақытында оған жақын. Балқыманың фосфорсыздану үрдісі реакцияның (2.65) тепе–теңдік жағдайының өзгеруімен анықталады, яғни температура мен қож құрамының және оның мөлшерінің өзгеруімен. Фосфордың фаза аралық бөліну коэффициентінің максимум мәні қождағы СаО–ның FeO–ға белгілі бір қатынасында және СаО мен FeO–ның оңтайлы мөлшерінде орын алатыны анықталған.

Температураның жоғарылауы термодинамикалық тұрғыдан фосфордың бөліну коэффициентін төмендеткенмен, яғни оның металдан қожға өтуін нашарлатқанмен, әктің еруін тездетіп, СаО–ның активтілігін жоғарылатады. Бұл фосфордың металдан қожға өтуіне оң ықпал етеді. Температураның жоғарылауы, қож тұтқырлығын төмендетіп, фосфорсыздану үрдісін үдетеді. Сонымен, балқыманың фосфорсыздану үрдісі оңтайлы бір температурада, 1450–1550ºС–да, тиімді өтеді.

Балқыманың фосфорсыздану үрдісіне қождың түзілу динамикасының маңызы үлкен. Үрдістің басында темір тотығы молырақ болса, әк қожда тезірек еріп, металдың фосфорсыздануын қамтамасыз ететін активті әк – темірлі қож ертерек түзіледі.

Мартендік шойынды жоғарыдан оттегімен үрлеуде, фосфордың қарқынды тотығуы балқыманың бірінші жартысында орын алады (4.12–сурет). Балқыманың ортасында температураның жоғарылауы, қож негізділігінің баяу көтерілуі және темір тотығы мөлшерінің төмендеуі салдарынан, фосфордың металдағы концентрациясы өте аз өзгереді. Балқыманың соңында, әсіресе төмен көміртекті болат алу көзделсе, фосфордың мөлшері тағы төмендей бастайды.

Мартендік шойынды жоғарыдан оттегімен үрлеу үрдісінде, балқыманың күкіртсізденуі, негізді қождың қалыптасуына қарай, мына реакция бойынша өтеді

ЛД үрдісі тотықтану үрдісі болғандықтан, қожда FeO мөлшері жоғары, сол себепті балқыманың күкіртсіздену үрдісінің өзіндік қиындықтары бар. Дегенмен балқыма күкіртінің бір бөлігі газ фазасына өтеді. SО₂, Н₂S және т.б. газ күйінде газ фазасына шығатын күкірт мөлшері 10%– дан кем. Сондықтан ЛД конвертерінде күкіртсіздену үрдісі күкірттің қож фазасына өтуімен орын алады.

Көміртегі мен кремний күкірттің активтілік коэффициентін жоғарылататындықтан, үрдіс басы балқыманың күркіртсізденуі үшін қолайлы кезең. Бірақ кезең уақыты өте аз әрі балқыманың басында қож негізділігі әрі төмен.

Қож негізділігі жоғарылай, күкіртсіздену дәрежесі ұлғая бастайды. Бірақ негізділігі жоғары (>3) қождың гетерогенді болуынан, оның тұтқырлығы жоғарылап әрі активтілігі төмендеп, күкіртсіздендірушілік қабілеті азаяды. Бұндай қожға балқытқыш шпат, боксит және т.б. сұйылтқыштар салып, сұйық аққыштығын жоғарылатса ғана, олар тиімді дәрежеде күкіртсіздендіре алады.

Шойында кремний мөлшері жоғарыласа, металдың күкіртсіздену дәрежесі төмендейді. Шойында марганец мөлшері, қожда MnO жоғарылауы, болаттағы күкірттің төмендеуіне ықпал етеді.

Температураның көтерілуінен қождың сұйық аққыштығы жоғарылап, әк еруі үдеп және қождың негізділігі артып, балқыманың күкіртсіздену дәрежесі артады.

ЛД үрдісімен мартендік шойынды өңдеуде, күкіртсіздену дәрежесі 30–50%–ды құрап, болаттағы күкірт мөлшері 0,02–0,04%–дай болады.

Конвертерлік болаттың күкіртін азайтудың бір жолы: балқыманы шөміште жасанды қожбен өңдеу. Россия және т.б. елдердің болат қорыту цехтарында осы тәсіл өндірістік жолға қойылған. Балқыманы шөміште әк–глиноземді қожбен өңдеп, оның сапасын арттырады.

С.Г.Воиновтың басшылығымен Л.Ф.Косой, В.А.Черняков, Е.Б.Сүлейменовтің қатысуымен, конвертерлік аз көміртекті алюминийлі қорғаныс саласының болатын шөміште кремнеземі жоғарылау әк–глиноземді жасанды қожбен өңдеу арқылы, жүргізілген өндірістік деңгейдегі тәжірибелік балқымалар (130т) күкірт (0,005–0,010%) пен оттегінің (0,003–0,005%) төменгі мөлшерлерімен ерекшеленді.

Сонымен, конвертерде жоғарыдан оттегімен үрлеу барысында, мартендік шойынның барлық кремнийі, марганецтің көпшілік бөлігі, түгелдей дерлік көміртегі, фосфор мен күкірттің белгілі бір бөлігі тотығып, қож немесе газ фазаларына шығады.

Қож фазасына өткен тотықтар және т.б., әк және т.б. қосымша материалдармен қож құрайды.