Окисление в сталеплавильном процессе

Получение стали из чугуна в настоящее время осуществляется тремя методами 1) конверторная сталь, включая и конверторы с обогащенным и кислородным дутьем 2) мартеновская сталь, получаемая в печах Сименс — Мартена с регенерацией теплоты отходящих газов 3) электросталь, получаемая в электродуговых, индукционных и высокочастотных печах. Этот металлургический процесс обычно применяется для получения высоколегированных сталей с особыми свойствами, Сун ность сталеплавильного процесса сводится к окислению примесей в чугуне и снижению содержания угле- [c.364]

Придание факелу (пламени) определенных радиационных свойств является вторым условием развития высокотемпературного технологического процесса в пламенных печах. В печах требуется поддерживать газовую атмосферу с определенными свойствами — окислительную, нейтральную или восстановительную. Окислительная атмосфера, например, имеет место в сталеплавильных агрегатах, где из расплавленного металла выжигаются углерод и другие элементы. Наоборот, если при нагреве металла в кузнечных, прокатных и термических печах имеет место окисление, то оно не только приводит к потере металла в окалину, но и вызывает необходимость затрачивать труд на удаление окалины с поверхности, а также сопровождается увеличением расхода топлива из-за ухудшения теплопередачи. Окисление металла вызывают содержащиеся в продуктах сгорания кислород О2, двуокись углерода СО2, сернистый газ ЗОа и водяные пары Н2О. Наряду с окислением в процессе нагрева имеет место и обезуглероживание поверхностного слоя стали, вызываемое взаимодействием водяных паров, двуокиси углерода и кислорода с металлом. [c.12]

Энергия активации основной физико-химической реакции сталеплавильных процессов — реакции окисления углерода — составляет 147—168 кжд моль (35— 40 ккал моль). Зависимость скорости реакции окисления углерода в сталеплавильной ванне от концентрации реагирующих веществ, температуры и величины энергии активации можно представить следующим уравнением [c.237]

При температурах сталеплавильных процессов скорость движения атомов (ионов) углерода и кислорода составляет примерно 240 лг/сек. В этих условиях частица углерода имеет возможность около 100 раз в секунду столкнуться с частицей кислорода, т. е. реакция окисления углерода в сталеплавильной ванне имеет взрывной характер. [c.238]

Окисление углерода является главной физико-химической реакцией сталеплавильных процессов. Образующиеся пузырьки окиси углерода перемешивают металлическую ванну и усиливают контакт между металлом и шлаком. При перемешивании лучше поглощается ванной тепло, более быстро нагревается металл, быстрее выделяются растворенные газы и неметаллические включения. [c.275]

В книге рассмотрены закономерности изменения окисленности металла в различных сталеплавильных процессах. Основное внимание уделено тем вопросам, которые в наименьшей степени освещены в монографиях и о которых имеются противоречивые мнения в периодической литературе. Рассмотрены также практические вопросы достижения оптимальной окисленности металла при выплавке стали в кислородных конвертерах и мартеновских печах, внепечном вакуумировании и при разливке. [c.2]

В этой книге рассматриваются закономерности изменения окисленности металла в различных сталеплавильных процессах. Основное внимание уделено тем вопросам, которые в наименьшей степени освещены в монографиях и о которых имеются противоречивые мнения в периодической печати. К ним относятся окислительные процессы, развивающиеся на границе раздела капель металла с газовой фазой и шлаком, поведение кислорода в конвертере и при вакуумной обработке металла, закономерности образования крупных неметаллических включений в слитках кипящей стали и др. [c.3]

Из всех примесей, которые окисляются в сталеплавильных-процессах, в этой главе мы будем рассматривать только окисление углерода, так как он всегда присутствует в стали и оказывает определяющее влияние иа ход процессов. [c.37]

В любом сталеплавильном процессе можно выделить три характерные зоны окисления углерода 1) поверхность раздела металл — окислительная газовая фаза 2) поверхность пузырьков окиси углерода, растущих на границе раздела шлак — металл 3) поверхность пузырьков окиси углерода, растущих на контактной поверхности с огнеупорной футеровкой и всплывающих в объеме металла. [c.38]

Таким образом, из всех сталеплавильных процессов, существующих в настоящее время, окисление углерода непосредственно газообразным кислородом имеет практическое значение только при вакуумировании металла в процессе перелива и разливки- [c.50]

Этот процесс осуществляется в том случае, когда жидкий металл находится в огнеупорном сосуде. Пузырьки окиси углерода зарождаются на шероховатой поверхности раздела металл — огнеупор, вырастают до определенных размеров, отрываются и всплывают, пронизывая при этом всю толщу металла. Углерод окисляется на поверхности раздела пузырьки — металл во всем объеме ванны. Такой механизм окисления углерода является определяющим во всех современных сталеплавильных процессах. [c.66]

В заключение полезно еще раз подчеркнуть важную роль обезуглероживания на поверхности всплывающих в объеме металла пузырьков газа. Уже сейчас во многих сталеплавильных процессах значительная часть углерода окисляется в каплях металла, контактирующих с газовой или шлаковой фазами. К таким процессам относятся вакуумирование струи металла с целью ее раскисления, процесс струйного рафинирования чугуна, кислородно-конвертерный процесс, где, по-вндимому, значительная часть углерода окисляется в корольках металла, эмульгированных в шлаке. Благодаря развитой реакционной поверхности скорость процесса очень велика. Поэтому такие процессы, по-видимому, найдут применение в сталеплавильных агрегатах будущего. Однако навсегда остается актуальной задача получения низкого содержания кислорода в стали, независимо от того, будет сталь производиться из чугуна или из железа, полученного прямым восстановлением руд. Капельные процессы не могут обеспечить получение низкой окисленности металла. Поэтому составной частью всех сталеплавильных процессов, особенно на заключительной их стадии, должно явиться обезуглероживание в объеме металлической ванны. [c.79]

Небольшое количество корольков в мартеновском шлаке и малая скорость их опускания позволяют предположить, что роль этих корольков в суммарном процессе обезуглероживания и окисления мартеновской ванны относительно невелика, по крайней мере гораздо меньше, чем в таких процессах, как кислородное конвертирование и струйное рафинирование чугуна. Интенсификация сталеплавильных процессов, как бы эти процессы ни были организованы, неизбежно усилит роль реакций между каплями металла и шлаком. Поэтому вопрос о закономерности этих процессов еще долго будет привлекать к себе внимание исследователей. [c.92]

Традиционный способ подачи кислорода в металл путем его продувки, который применяется для интенсификации сталеплавильных процессов при атмосферном давлении, в вакууме непригоден. Локальный перегрев металла в зоне ввода кислорода будет приводить к интенсивному испарению железа. По данным [176], пыле-образование при вакуумировании имеет место даже при очень низком парциальном давлении кислорода. Кроме того, окисление углерода в объеме металлической ванны, как уже говорилось выше, будет приводить к чрезмерному вскипанию металла со всеми нежелательными последствиями. [c.135]

В качестве примеров сложных условий теплопереноса можно привести процесс сушки, когда направление потока влаги может совпадать или быть противоположным тепловому потоку, и окисление углерода в сталеплавильной ванне, связанное не только с наличием теплоты химического превращения, но и с потоками кислорода в ванну и окиси углерода в обратном направлении. [c.36]

Кислород — эффективное средство интенсификации металлургических процессов. При продувании в доменную печь воздуха, обогащенного кислородом, значительно повышается температура пламени, в результате чего ускоряется процесс плавки и увеличивается производительность печи. Еще больший эффект получается при полной или частичной замене воздуха кислородом в сталеплавильном производстве — мартеновском и бессемеровском процессах происходит не только интенсификация этих процессов, но и улучшение качества получаемых сталей. Успешно применяется обогащенный кислородом воздух (до 60% Оа) в цветной металлургии (окисление сульфидных руд цинка, меди и других металлов). [c.176]

На рис. 2-2 представлен примерный график изменения мощности и напряжения при основном процессе выплавки стали с полным окислением в дуговой сталеплавильной печи. Как видно, и мощность печи, н ее напряжение могут изменяться от 100 до 40% максимальных значений. [c.45]

Кроме того, тепло может и непосредственно генерироваться в самой ванне печи на рис. 11.1), что происходит при протекании экзотермических реакций выгорания примесей ванны. В отдельных случаях реакции в ванне проходят и с поглощением тепла (окисление углерода рудой или агломератом, шлакообразование). Скорость распространения тепла от источников также во многом определяется процессами массообмена и гидродинамики сталеплавильной ванны. [c.414]

Передел чугуна в сталь. Задача передела состоит в уменьшении содержания в чугуне примесей S, Р, Si, G до десятых долей процента, Передел осуществляется посредством реакций окисления кислородом воздуха, проводимых в сталеплавильных печах при высокой температуре. Процесс начинается с быстрого окисления железа [c.264]

Сталь получают путем передела белого (передельного) чугуна с добавлением скрапа, представляющего собой металлические отходы (стальной и чугунный лом, стружка, опилки, обрезки и др.), и железной руды. Сущность различных процессов одинакова и заключается в уменьщении (путем окисления) содержания углерода, кремния и марганца в сплаве до определенных величин, а также возможно более полном удалении вредных примесей — серы и фосфора. Все эти элементы (кроме серы, присутствующей в виде FeS) превращаются в окислы, которые удаляются в виде газа (СО) или после взаимодействия с флюсами — в виде щлака. Таким образом, в противоположность доменному процессу, где преобладают реакции восстановления окислов, здесь, наоборот, протекают реакции окисления. В качестве окислителей используются кислород и окислы железа, а получают сталь в различных сталеплавильных устройствах периодическим способом (ввиду высоких требований, предъявляемых к ее качеству). Один цикл операций называется плавкой. [c.188]

При вакуумировании струи металла последняя, попадая в вакуум, разрывается на капли, которые при падении в приемную емкость взаимодействуют с газовой фазой, имеющей окислительный потенциал выще значений, соответствующих равновесию с металлом. Поэтому и при вакуумировании возможны процессы окисления углерода кислородом газовой фазы и окисления железа. Часто при вакуумировании ставится задача уменьшить концентрацию углерода на большую величину, чем это требуется для раскисления стали [71, с. 200 181]. Особенно часто такая необходимость возникает при производстве стали с очень низким содержанием углерода (0,01— 0,03%), так как получить столь глубокое обезуглероживание в процессе выплавки очень трудно. Обычно концентрация углерода на выпуске из сталеплавильного агрегата не превышает 0,05%. Поэтому в расчетах мы приняли, что [С]°=0,05%, /7 = 0,01 ат, остальные исходные данные те же, что и в предыдущем случае. [c.50]

Естественно, что повышение содержания кислорода в воздухе, поступаюш,ем в сталеплавильный агрегат для сжигания топлива, и снижение расхода руды путем использования технического кислорода для окисления примесей должны приводить к значительной интенсификации процессов производства стали. Это подтвердилось первыми же результатами применения кислорода в мартеновских печах, показавшими такой значительный производственный эффект, что появились основания полагать, что сталеплавильное производство находится в настоящее время в стадии особенно быстрого развития. [c.3]

Применение технического кислорода для обогащения дутья позволяет повысить тепловую мощность мартеновских печей, улучшить процессы сжигания топлива, а использование кислорода для продувки ванны открывает новые возможности ускорения процессов окисления примесей, приближая скорости этих процессов к скоростям, достигаемым при конвертерном способе производства стали. В распоряжение конструкторов поступает сильное средство улучшения конструкции мартеновских печей и создания сталеплавильных печей нового типа, с применением полной механизации и автоматизации труда печного и ремонтного персонала. Появляются возможности осуществления новых технологических процессов, совмещающих преимущества как мартеновского, так и конвертерного способов производства стали. [c.3]

Недостатки мартеновского способа выплавки стали (большие капитальные затраты, низкая по сравнению с кислородноконвертерным способом производительность, затраты на топливо, сложность обслуживания регенераторов вследствие разрушения их насадки) не могут быть полностью компенсированы такими методами интенсификации процесса как повышение давления и обогащение кислородом воздушного дутья и предварительная карбюрация топлива. Это вызвало необходимость изменения уже не технологии, а конструкции мартеновских печей — создания двухванных сталеплавильных агрегатов (рис. 5.5), В основу их действия положен принцип работы кислородного конвертера — окисление углерода и примесей продувкой шихты кислородом. При этом в двухванных печах для нагрева шихты используют часть выделяющегося тепла в виде теплосодержания отходящих газов и теплового эффекта дожигания оксида углерода (П), [c.93]

В качестве примера сырьевых материалов можно привести чугун, химическая энергия которого в зависимости от состава составляет 7500 кДж/кг и более. Если полностью исключить окисление железа, то химическая энергия примесей передельного чугуна не более 1900 кДж/кг. Коэффициент использования этой химической энергии в сталеплавильной ванне не превосходит Г1к.и.х 0,5, тогда тепловой эквивал т Qa м= = 700- -900 кДж/кг, поскольку углерод чугуна способен окисляться только до окиси углерода. Такое значение теплового эквивалента получается только при окислении примесей чугуна кислородом, при применении других окислителей (воздух, руда, агломерат) тепловой эквивалент будет соответственно ниже, поэтому, комбинируя при осуществлении технологического процесса окислители, возможно в широких пределах менять тепловые эквиваленты сырьевых материалов и топлива. [c.48]

Кислород-третий по использованию в промышленности химикат, уступающий только серной кислоте и негашеной извести СаО. Ежегодный расход этого элемента достигает 14 млрд. кг. Он широко используется в качестве окислителя. Приблизительно половина производимого кислорода расходуется в сталеплавильной промышленности, главным образом для удаления примесей из стали (см. разд. 22.6). Кислород применяется в медицине с целью ускорения процессов окисления, необходимых для поддержания жизни. Он используется совместно с ацетиленом С2Н2 для кислородноацетиленовой сварки. Последнее применение основано на высокой экзотермичности реакции между С Н и Oj, при которой развиваются температуры, превышающие 3000°С. Реакция горения кислородно-ацетиленовой смеси описывается уравнением [c.304]

Скоростные характеристики газов заметно влияют на величину массообмена, интенсивность диффузионных процессов на границе между газовой фазой (факел) и нагреваемым или расплавленным материалом. Например, в сталеплавильных печах в период плавления и доводки величина массообмена на границах фаз определяет, так называемую, величину окислительной способности печи. При нагреве металла в на-гревате.чьньп( печах этот массообмен связан с процессом окисления железа и образованием окалины. Массообмен на границе газообразной и твердой (или жидкой) фаз, как известно, определяется процессами в пограничном слое и в наибольшей степени зависит от свойств этого пограничного слоя. В данном случае под пограничным слоем следует понимать всю газовую зону вблизи поверхности материала, в которой наблюдается резкое изменение концентрации диффундиктощих масс. В пограничном слое происходит диффузия окислителей (О , СО и Нр) к поверхности материала. Уравнение для потока диффундирующего вещества Л/имеет вид [c.600]

Газокислородные горелки находят разнообразное применение в металлургии. В мартеновских и двухванных сталеплавильных печах они применяются в качестве сводовых горелок в период завалки и плавления шихты. По данным немецких исследователей, применение тороидальных газокислородных горелок на печи, работающей скрап-рудным процессом, обеспечивает сокращение длительности плавления на 30 %, доводки на 17 %, увеличение скорости окисления углерода на 30 % с возможным увеличением производительности печи до 50 % и одновременным снижением расхода топлива. Учитывая очень большое пылеобразование при продувке ванны кислородом, применение вместо продувки и продувочных фурм газокислородных горелок следует в экологическом отношении рассматривать более целесообразным и считать за возможную альтернативу продувке. На Северском трубном заводе с успехом применялись качающиеся (с переменным при перекидке клапанов угаом наклона) сводовые газомазутные горелки с выхлопными трубами (конструкции УПИ-СТЗ) с распыливанием мазута компрессорным воздухом или природным газом и подачей кислорода. При этом продолжительность плавки сократилась на 30 мин со снижением удельного расхода топлива на 5 кг у.т./т. Расчеты и опыт работы мартеновских печей свидетельствует о целесообразности применения сводового светящегося факела. На мартеновских печах завода Амурсталь с успехом применялись неподвижные сдвоенные сводовые горелки с переменным, изменяющимся при перекидке клапанов по ходу движения основного факела, угаом наклона факела. Это достигалось установкой в одной сводовой фурме скрещивающихся под определенным угаом выходных сопел двух горелок (в разработке завода, УПИ и УЭЧМ). [c.503]

Для определения скорости массопереноса кислорода из объема металла к поверхности раздела с пузырьками окиси углерода необходимо знать концентрацию кислорода у этой поверхности. Сам факт небольшой иереокис-ленности металла по отношению к равновесию с углеродом в сталеплавильных агрегатах (1,5—3,0 раза) говорит о том, что на этой поверхности концентрация кислорода близка к равновесию с углеродом. Причина этого заключается в том, что при окислении углерода в объеме металла реакционная поверхность раздела увеличивается вместе с увеличением скорости окисления углерода. Чем больше скорость окисления углерода, тем больше количество пузырьков и тем больше их поверхность. Абсолютная скорость окисления углерода, отнесенная к единице поверхности, в таких процессах очень мала. Так, в 500-г мартеновской печи при скорости окисления углерода 0,1 %/ч скорость выхода газов нз ванны составляет [c.71]