Чёрная металлургия

Количество извести считают от нагрузки кислыми оксидами, поступающими в шлак, а не от целевой основности. Источники перечисляют по порядку: кремний чугуна (каждый 1 % Si → 21,4 kg SiO₂/t), песок и грунт на ломе, пустая порода руды или окатышей, SiO₂ и Al₂O₃ из ферросплавов, MgO от износа футеровки. Пока этой суммы нет, целевая B2 не имеет числового смысла.

Расчёт состоит из двух шагов. Сначала находят CaO, которого требует целевая основность (CaO = B2 × ΣSiO₂), затем делят на долю активного CaO в извести. При извести с 92 % активного CaO на 68,5 kg CaO нужно 74,5 kg продукта; если активность сползла до 86 %, тот же результат обойдётся в 80 kg. Эти лишние 6 kg приходят прямо из сертификата, без единой ошибки оператора.

Начало цепочки — не в сталеплавильном цехе, а в подготовке сырья. Основность агломерационной шихты и офлюсование окатышей задаются на стороне добычи и обогащения руд; высокоосновный агломерат заранее снижает нагрузку кислыми оксидами, доходящую до конвертера. Ограничивать расчёт завалки одним цехом — значит не замечать самый дешёвый источник основности.

У чтения сертификата есть порядок: сначала активный CaO, затем потери при прокаливании, затем сера, затем реакционная способность и в последнюю очередь гранулометрия. Общий CaO сам по себе вводит в заблуждение: пережжённая известь выглядит химически чистой, но не растворяется в шлаке и не даёт вклада в основность, хотя и числится в шихтовой ведомости.

Реакционную способность измеряют мокрым гашением по EN 459-2 и выражают через t60 — время нагрева воды с 20 °C до 60 °C. У мягкообожжённой извести это меньше трёх минут; всё, что превышает шесть минут, обожжено жёстко и растворяется в цехе с опозданием. Этот тест читает настройку известковой печи, а не химию — обычно именно он объясняет, почему два завода при одинаковом CaO ведут себя совершенно по-разному.

Химия извести приходит от её сырья. Профиль SiO₂, Al₂O₃ и серы в природном карбонате кальция, подаваемом в печь, задаёт профиль примесей выходящей извести; при смене карьера или пласта следует ожидать сдвига и в анализе извести. На входном контроле обычно достаточно отслеживать каждый источник, а не каждую партию; но как только время хранения в силосе превышает три-четыре недели, потери при прокаливании нужно измерить заново.

Сера в доменном чугуне обычно составляет 0,020–0,040 %. Поскольку конвертер — окислительный агрегат, эффективно десульфурировать он не может; ожидание от него этого лишь увеличивает объём шлака и потери железа. Поэтому серу снимают в миксерном ковше или заливочном ковше — мешалкой типа KR либо соинжекцией.

Типовой рецепт соинжекции — 0,4–0,8 kg/t магния с 3–6 kg/t тонкой извести. Магний быстро снижает серу, а известь связывает образовавшийся сульфид в устойчивой форме, предотвращает реверсию и сохраняет шлак пригодным к скачиванию. Работа на одной извести требует 5–10 kg/t и более длительной обработки; выбор между вариантами — это сопоставление цены магния с временным окном на ковше.

Здесь решает гранулометрия: 0–1 mm, d50 от 40 до 100 µm и продукт, не комкующийся при пневмотранспорте. Набравшая влагу известь забивает фурму и трассу подачи, поэтому инжекционной извести нужен отдельный закрытый и сухой силос. Целевая сера обычно ниже 0,005 %, а для IF-марок и трубных сталей — ниже 0,002 %.

Основную часть извести задают в первой трети продувки. Ранняя известь не даёт кислому первичному шлаку, образующемуся при окислении кремния, атаковать футеровку; поздняя известь не успевает раствориться и к концу продувки остаётся твёрдым островом. Момент подачи меняет результат не меньше, чем качество извести.

Дефосфорация требует трёх условий одновременно: 15–25 % FeO в шлаке, B2 ≥ 3,0 и относительно низкой температуры. Выше 1650 °C равновесие разворачивается, и фосфор возвращается из шлака в металл. Поэтому температура конца продувки — не отдельная переменная рядом с целью по фосфору, а её прямая часть.

Коэффициент распределения фосфора Lp = (%P)/[%P] на хорошо работающем конвертере составляет 50–150. Если он низкий, первым делом стоит проверять не расход извести, а действительно ли шлак жидкий. Нерастворившаяся известь поднимает основность на бумаге, но фосфор не берёт; этот разрыв между измерением и реальностью и стоит за большинством решений «добавить извести».

Целевая основность в ДСП ниже конвертерной; B2 обычно 1,8–2,4. Причина не химическая, а физическая: чтобы укрыть дугу, вспененный шлак должен оставаться одновременно вязким и подвижным. Выше 2,5 шлак сохнет, пена оседает, дуга оголяется; тепловая нагрузка на панели, расход электродов и шум растут разом.

Пену держат твёрдые частицы второй фазы внутри шлака. Работа чуть выше насыщения по MgO (8–14 % MgO) эти частицы создаёт; работа ниже насыщения и пену ослабляет, и вытягивает магнезию из футеровки. На шихте с DRI/HBI растут и Al₂O₃, и SiO₂, поэтому следует контролировать B4 = (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃): одна лишь B2 на такой шихте систематически даёт оптимистичное показание.

Пыль и газ, покидающие печь, — ещё одна точка контакта извести. Улавливание кислых компонентов перед рукавным фильтром и удаление SO₂ из трубы аглофабрики относятся к очистке дымовых газов; требуемая там тонкость и реакционная способность сорбента — совершенно иная спецификация, чем у шлаковой извести, и общий силос у них исключён.

Попадание конвертерного шлака в ковш при выпуске — главное препятствие перед белым шлаком. Каждый килограмм прошедшего шлака с FeO расходуется в ковше на алюминий, повышает стоимость раскисления и задерживает десульфурацию. Шлакоотсекатели, замер толщины шлака и практика раннего прекращения выпуска значат здесь не меньше качества извести.

Белый шлак строят в системе CaO–Al₂O₃–SiO₂ при FeO+MnO ниже 1 % и основности 2,5–4,0. В этих условиях коэффициент распределения серы Ls поднимается до 300–1000, тогда как в конвертере та же величина 2–8. Разница возникает из-за снижения активности кислорода, а не из-за основности — в ковше без алюминиевого раскисления сера не пойдёт вниз при любой основности.

Известь, поступающая в ковш, должна быть низкосернистой, с малыми потерями при прокаливании и сухой. Влажная известь или гидрат — источник водорода в жидкой стали; на толстых сечениях даже рост водорода на 1 ppm увеличивает риск флокенов. Синтетические шлаки на основе алюмината кальция не заменяют известь, а сопровождают её, ускоряя её растворение.

Стойкость футеровки MgO-C во многом зависит от того, насыщен ли шлак магнезией. Ненасыщенный шлак растворяет футеровку, насыщенный оставляет на её поверхности защитный слой. Подъём MgO в шлаке с 6 % до 10 % на той же печи даёт заметную разницу в расходе огнеупора на плавку без всякого вмешательства в состав кирпича.

В конвертере этот принцип превращается в практику раздува шлака: остаток шлака после выпуска загущают доломитовой известью и азотной продувкой набрызгивают на стенки, где он застывает. Хорошо поставленный раздув поднимает кампанию конвертера с нескольких тысяч плавок до десятков тысяч; критические переменные — содержание MgO и FeO в остаточном шлаке и время продувки.

Но и наращивать MgO без предела не выходит. Далеко выше насыщения шлак становится вязким, перемешивание металла со шлаком в ходе продувки ухудшается, дефосфорация падает и начинаются проблемы с удержанием шлака. Правильная практика — держаться чуть выше кривой насыщения и сдвигать цель вслед за температурой и FeO: фиксированная цель по MgO обманчива ровно так же, как фиксированная доза извести.

Шлак сталеплавильного цеха — не отход, а продукт, которым нужно управлять. Свободные CaO и MgO конвертерного шлака гидратируются при контакте с водой и увеличиваются в объёме, поэтому перед укладкой в основание дороги или в бетон шлак выдерживают три-шесть месяцев либо стабилизируют паром. Пропустите этот шаг — и материал, уложенный как заполнитель, через месяцы вспучится и поднимет вышележащую конструкцию.

Гранулированный доменный шлак после помола становится вяжущим, заменяющим цемент, и напрямую создаёт стоимость на стороне строительных материалов. Конвертерный шлак этим путём пойти не может из-за свободной извести; сводить оба в одну товарную позицию неверно и технически, и коммерчески — на большинстве заводов это скрывает половину возможного дохода от шлака.

Кислые стоки травильных линий, продувочная вода оборотных циклов и окалиносодержащий шлам нейтрализуют известью на стороне очистки воды и стоков; используемый там продукт — не цеховая известь, а готовый к прямому дозированию гидрат. Если вы хотите построить известковый баланс по собственным анализам шлака и записям завалки, свяжитесь с нами через страницу контактов.