Дефосфорация жидкой стали

Введение

Современная металлургия характеризуется резким повышением требований к качеству выплавляемых сталей. Содержание вредных примесей в большинстве сталей и сплавов к настоящему времени понизилось, в ряде случаев, по требованию заказчиков до 10- 50 ppm. Обеспечение столь низких концентраций примесей возможно лишь на основе создания новых технологий, базирующихся на точном описании поведения примесных элементов (углерод, кислород, сера, фосфор, азот и водород) в процессах выплавки и внепечного рафинирования сталей и сплавов.

Представленный практикум посвящён количественному описанию процессов глубокого рафинирования легированных сталей от перечисленных выше примесей. На примере выполнения четырёх домашних заданий проанализированы основные термодинамические закономерности процессов получения чистой по фосфору, кислороду, сере, азоту и водороду высококачественной стали. В каждом разделе представлены теоретические положения используемых расчетных моделей, приведены выводы основных уравнений, подробно разработана схема расчетов процессов рафинирования. В практикуме предусмотрены индивидуальные варианты выполнения домашних заданий, что повышает творческую активность студентов в процессе обучения. Приложения практикума содержат справочные термодинамические данные для основных реакций и растворов металлов и шлаков.

ДЕФОСФОРАЦИЯ ЖИДКОЙ СТАЛИ

Фосфор относится к наиболее вредным примесям, снижающим свойства стали. При повышении содержания фосфора увеличивается прочность стали с одновременным повышением хрупкости, порога хладноломкости и снижением вязкости и пластичности. Вредное влияние фосфора увеличивается с повышением содержания углерода в стали. Удаление фосфора из жидкого металла обычно проводят в условиях, обеспечивающих его окисление до Р2О5 и перевод оксида в шлак. При этом важную роль играет содержание кислорода и углерода в жидкой стали, которые определяются составом окислительного шлака. Для управления процессом дефосфорации необходимо уметь рассчитывать коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком в различных условиях (температура, количество и химический состав шлака, содержание цветных примесей в металле, и т.д.).

Исходные данные – температура процесса, исходное содержание фосфора в жидкой стали, состав окислительного шлака, содержание легирующего и примесного элементов – приведены в приложении А. Для выполнения домашнего задания по теме «Дефосфорация жидкой стали» требуется:

1)        Определить содержания кислорода и углерода в стали, приняв, что окисленность жидкого полупродукта контролируется окисленностью шлака (FeO – 22, MnO – 8, CaO – 41, MgO – 7, SiO2 – 19, Al2O3 – 3) для двух температур (1550 и 1600 °С).

2)        Определить коэффициент распределения фосфора для данного состава шлака (FeO – 22, MnO – 8, CaO – 41, MgO – 7, SiO2 – 19, Al2O3 – 3) для двух температур (1550 и 1600 °С), степень дефосфорации и конечное содержание фосфора в жидкой стали при кратности шлака 5 и 10% соответственно. Сделать вывод о влиянии количества шлака на процесс дефосфорации.

3)        Определить количество шлака (кратность в %) данного состава(FeO – 22, MnO – 8, CaO – 41, MgO – 7, SiO2 – 19, Al2O3 – 3), необходимое для получения 0,004% фосфора в жидкой стали, при заданном начальном содержании фосфора [P] = 0,04 в шихте при двух температурах(1550 и 1600 °С),.

4)        Построить зависимости коэффициента распределения фосфора от температуры (в интервале значений от 1550 до 1800 °С) и от окисленности системы (активности FeO в интервале значений от 0,1 до 0,4). Сделать вывод о влиянии температуры и окисленности системы на процесс дефосфорации.

5)        Определить количество шлака (кратность в %) данного состава, необходимое для получения 0,004% фосфора в жидкой стали, при заданном начальном содержании фосфора в шихте и содержании примесного элемента [N] = 0,4 при температуре 1550 °С. Сделать вывод о влиянии примесного элемента на процесс дефосфорации.