Поведение железа и Выход годного металла
В кислородно-конвертерном процессе, как в любом другом сталеплавильном процессе, в зависимости от периода плавки возможно как окисление, так и восстановление железа. Во время присадки твердых окислителей происходит восстановление железа в первую очередь углеродом металла по реакции Fe2O3 + 3[С] = 3{СО} + 2[Fe]. В период интенсивного формирования шлака в начале и конце плавки (при [С] < 0,1%) железо окисляется.
Если рассматривать плавку в целом, то в кислородно-конвертерных процессах наблюдается окисление железа, так как обычно присаживаемое количество оксидов железа в виде твердых окислителей (<. 1 % от садки) меньше их количества, необходимого для формирования шлака (2-3%), поэтому неизбежные потери железа в результате его окисления и перехода в шлак обычно составляют 1,5-2,0%. Если плавка в целях возможно большей переработки лома ведется без твердых окислителей, то потери железа в результате его окисления повышаются до 2,0-2,5%.
Кроме того, железо испаряется и уносится газами в виде мелкодисперсных частичек окислов железа, которые образуются в подфурменной реакционной зоне, где из-за высоких (2100—2600 °С) температур интенсивно испаряется железо. Средний выход газа в кислородных конвертерах составляет - 70 м3/т, а среднее содержание в нем пыли (в основном оксиды железа) 100-150 г/м3, следовательно, потеря железа в результате испарения в среднем составляет 1—1,5 от массы металла и уменьшаются при сокращении длительности продувки.
Часть железа теряется с корольками железа шлака, выносами и выбросами. Содержание корольков железа в шлаке неизбежно и в конечном конвертерном шлаке колеблется в пределах 2-5%. Нижний предел относится к случаям выплавки низкоуглеродистой стали (0,5% [С]). Для уменьшения потерь в виде корольков следует избегать чрезмерного увеличения количества и вязкости шлака. Количество шлака 11-16%, поэтому потери с корольками составляют > 0,5%.
Вынос мелких капель металла отходящими газами наблюдается в начале продувки, когда поверхность металла не защищена шлаком и усиливается при приближении фурмы к поверхности ванны. В связи с этим следует обеспечивать раннее образование шлака. Выбросы металла и шлака наблюдаются на отдельных плавках в период наиболее интенсивного окисления углерода, то есть тогда, когда в результате вспенивания пузырьками СО уровень металла и шлака в конвертере сильно повышается, достигая горловины. Общие потери металла с выбросами и выносом составляют в среднем около 1 %. Образование выбросов не является неизбежным, но может иметь место; при их большом развитии потери металла могут составлять 1-3% и более.
В целом общие потери железа при плавке стали в конвертерах с верхней подачей дутья обычно 3-4%, но могут достигать >5%, если продувка и шлакообразование протекают не в оптимальном режиме. Это значительно больше, чем потери, встречающиеся при плавке стали в других агрегатах, т. е. по потерям железа (расходу металлошихты 1120-1160 кг/т) конвертерный процесс с верхним дутьем является самым невыгодным.
Кроме железа в процессе продувки окисляется весь кремний, большая часть углерода и марганца чугуна. Обычно неизбежный угар составляет 5—6 % от массы продуваемого чугуна и возрастает при увеличении содержания в чугуне окисляющихся примесей. При использовании стального лома неизбежный угар снижается, так как содержание окисляющихся элементов в ломе значительно ниже, чем в чугуне. Замена каждых 10 % чугуна металлоломом снижает неизбежный угар примерно на 0,7 %.
Выход жидкой стали при кислородно-конвертерном процессе с учетом всех потерь составляет 88—90 % от массы металлической шихты.