Воздействие извести на металл

Обновлено: 07.07.2024

вает данную поверхность, сорбция молекул растворенных) вещества будет максимальной.

Таким образом, частицы извести в нераскисленном и раскисленном металле могут быть феррофильными и феррофобными.

В первом случае поверхность частицы насыщается окислами железа, в результате чего в поверхностных слоях СаО накапливается значительное количество FeO, что приводит к образованию расплава, состоящего из СаО и FeO с температурой плавления до 1200° С. В образующейся капле шлакового расплава резко возрастает активность FeO и снижается активность СаО, что предопределяет низкую степень десульфурации слоя металла, в соприкосновение с которым она вступает при всплывании из его объема. Десульфурация в этом случае подчиняется тем же условиям, которые предопределяют де-сульфурацию металла шлаком.

Аналогичная картина характерна и для десульфурации нераскис-ленного металла, выплавленного в печи с кислой футеровкой.

Во втором случае, когда металл хорошо раскислен, процесс воздействия частицы извести на металл принимает иную форму. Поверхность частицы извести не загрязняется окислами железа и на ее поверхности не образуется легкоплавкого расплава и активность ее по отношению к сере не понижается. Частица, будучи тугоплавкой и твердой, продолжает участвовать в процессе. Она сохраняет максимальную активность и обеспечивает максимальную степень десульфурации в процессе взаимодействия с окружающим ее металлом.

Таким образом, повышение степени десульфурации раскисленного металла определяется влиянием кислорода на повышение активности извести. Естественно, в данном случае необходимо учитывать и изменение активности самой серы, растворенной в металле.

Поведение частицы извести в раскисленном металле, но выплавленном в печи с кислой футеровкой, несколько иное. Исследованиями было установлено, что в этом случае степень десульфурации металла отстает от степени десульфурации металла, выплавленного в печи с основной футеровкой. Анализ явления дал возможность связать его с некоторым «отравлением» частицы извести в кислом металле, что и лишает ее возможности сорбировать растворенную в металле серу. Компонентом, «отравляющим» поверхность частицы извести, является растворенная в кислом металле и при температуре плавления находящаяся в газообразном виде окись кремния.

Появление в объеме металла частицы извести связано с пере-охлаждением прилегающего к ней микрослоя металла. В результате этого процесса из металла, прилегающего к частице извести, происходит сублимация растворенного в нем газа—окиси кремния — в виде твердых и поверхностно активных окислов кремния, которые немедленно вступают в химическое взаимодействие с поверхностью частицы СаО, покрывая ее пленками труднодиссоциируемого трех-кальциевого или двухкальциевого силиката. В этом случае частица извести теряет всякую активность по отношению к сере, растворенной в металле.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Борьба с коррозией металла

Под воздействием воздуха, воды, а также при соприкосновении с другими предметами металлы подвергаются коррозии, и предметы, сделанные из них, постепенно приходят в негодность. Готовые составы в виде жидкостей и порошков для чистки и полировки распространенных металлов можно приобрести в хозяйственных магазинах.

Хорошие составы от коррозии металла можно приготовить самому в домашних условиях.

Железо и сталь ржавеют вследствие химической реакции этих металлов с кислородом воздуха и влагой. Поскольку продукт коррозии — ржавчина имеет пористое строение, она удерживает влагу, способствуя тем самым проникновению коррозии в более глубокие слои металла. Поэтому, для того чтобы предотвратить дальнейшее ржавление, необходимо прежде всего удалить уже имеющуюся ржавчину.

Толстый слой ржавчины снимают при помощи металлической (кардной) щетки или скребка. Очень хорошо «отъедает» ржавчину керосин, если им смачивать ржавый предмет несколько раз или погрузить в него на полчаса-час. После этого поверхность протирают тряпкой.

Ржавчину с железных деталей легко удалить следующим способом. К ржавому предмету надо прикрепить кусочек цинка и все погрузить в воду, подкисленную небольшим количеством серной кислоты. Важно обеспечить хороший электрический контакт цинка с железом. Через несколько дней ржавчина исчезнет. После этого предмет промывают в чистой воде и протирают ветошью.

Способов защиты металлов от коррозии существует много. Мы остановимся на самых простых. Инструменты и другие мелкие предметы, особенно полированные, длительное время можно хранить завернутыми в промасленное полотно или промасленную плотную бумагу.

Для часто используемых инструментов требуется какое-то временное средство, не надолго предотвращающее их ржавление. Одно из таких средств — кусок негашеной извести, положенный в ящик, где хранятся стальные предметы. Полированные и шлифованные металлические поверхности можно предохранить от ржавления, покрыв их пастой, приготовленной по следующему рецепту. Положите в банку кусок негашеной извести и влейте воды столько, чтобы кусок только распался. Пока известь теплая, добавьте баранье или говяжье сало до образования пасты. Эта паста легко стирается с металлических предметов. Хорошо предохраняет от ржавления покрытие изделий техническим вазелином.

Из постоянных средств защиты металлов от коррозии наиболее надежно покрытие антикоррозийной грунтовкой с последующей окраской одним или двумя слоями хорошей масляной краски. О том, как это сделать, сказано в разделе о малярных работах.

Очень часто коррозия начинает усиленно развиваться в результате так называемого электролитического процесса. Если два разнородных металла соприкасаются друг с другом в проводящем электрический ток растворе, они ведут себя как электроды в сухой батарее, и в результате химически более активный металл растворяется. Примером может служить жестяная посуда. Жесть — это листовое железо, покрытое тонким слоем олова, предохраняющим его от коррозии. Но как только покрытие будет испорчено, поверхность начнет очень быстро ржаветь, и железо, как более активный металл, скоро разрушится. Поэтому жестяную посуду нужно чистить осторожно, чтобы не повредить полуду. При необходимости отчистить жестяную посуду от подгоревшей пищи нужно прокипятить в ней водный раствор питьевой или стиральной соды. Оставшийся налет следует соскоблить деревянной ложкой.

Другое дело с оцинкованным железом. Несмотря на то, что цинк элемент более активный, чем железо, цинковое покрытие при местном разрушении дальше не портится, так как окись цинка, образующаяся при электролизе, сама является хорошей защитой от коррозии. Если поверхность оцинкованного изделия износилась, ее можно покрыть масляной краской.

Зеленый налет, который появляется на незащищенных поверхностях медных и латунных изделий, представляет собой карбонат меди. Он получается в результате реакции меди с углекислым газом воздуха и влагой. В отличие от ржавчины зеленая пленка карбоната меди защищает металл от дальнейшего разрушения.

Старый надежный метод очистки медных, латунных и бронзовых изделий состоит в том, что их протирают поваренной солью, смоченной уксусной эссенцией. Соль можно растворить также в подогретом слабом растворе уксуса и этим раствором пропитать тряпочку для очистки. Медные и латунные изделия хорошо чистятся раствором поваренной соли в молочной сыворотке (1 часть соли на 10 частей сыворотки). Этим раствором пропитывают суконку и трут изделие, а затем натирают до блеска сухой тряпочкой. Медные и латунные кухонные принадлежности нужно всегда держать чистыми, так как коричневый налет окиси меди или зеленого карбоната соединяется с органическими кислотами пищи и образует вредные для здоровья соли.

Потускнение серебряных изделий — это также своеобразная коррозия, которая обусловливается присутствием в пище и воздухе различных соединений серы. Под влиянием сероводорода, выбрасываемого заводскими трубами, в городах серебряные изделия тускнеют быстрее, чем в сельской местности. Потускнение серебряных вещей можно предотвратить, если их хранить плотно завернутыми в целлофан.

Для чистки и полировки серебряных изделий можно использовать зубной порошок, разбавленный нашатырным спиртом до пастообразного состояния. Полученным составом натирают изделия и после чистки промывают в воде.

Алюминий исключительно активный металл, его поверхность на воздухе окисляется мгновенно, К счастью, поверхностная окисная пленка предохраняет металл от дальнейшей коррозии. Алюминий энергично соединяется с кислотами и щелочами, даже очень слабыми, встречающимися в пище. Щелочные пасты и растворы, так же как и стиральную соду, никогда не применяйте для чистки алюминиевых изделий, так как они от этого темнеют и покрываются раковинами.

Во время приготовления некоторых блюд алюминиевая посуда иногда темнеет и теряет свой блеск. Это происходит потому, что многие пищевые продукты содержат растворимые соли металлов, например железа. Алюминий соединяется с этими солями, освобождая содержащийся в них металл, который и осаждается на стенках посуды. Чтобы удалить этот осадок, в посуде нужно сварить какой-либо кислотный продукт, например щи со спелыми помидорами.

Алюминиевые предметы хорошо чистятся раствором буры в воде (1 часть буры на 100 частей воды), в который добавляют немного, нашатырного спирта (несколько капель на 1л воды). Раствором смачивают тряпочку и протирают алюминиевые предметы.

Хромированные и никелированные предметы выглядят примерно одинаково, но чистить их нужно по-разному. Хромированные поверхности не рекомендуется чистить пастами и растворами, применяемыми для чистки других металлов, их достаточно протереть мягкой тряпочкой, смоченной в теплой мыльной воде. Никелированные поверхности можно чистить обычными пастами и жидкими составами.

Использование извести в металлургии

Оцените компанию «ЧИМПРОДЖЕТТИ», по 5-ти бальной шкале.
Выберите одну из цифр: 1-min, 5-max
В окне для комментариев вы можете оставить свой отзыв.

Известь (из греч. ἄσβεστος «неугасимый») — материал, получаемый путём обжига (не до расплава) карбонатных горных пород (известняков, мела). По химическому составу она почти полностью состоит из свободных оксидов кальция и магния с преимущественным содержанием СаО. Применяется в строительстве, а также для получения различных химических веществ, некоторые из которых также носят название «известь».

В зависимости от типа породы, из которой произведена известь, она может быть кальциевой, магнезиальной или доломитовой.

ИЗВЕСТНЯК, осадочная порода, сложенная преимущественно карбонатом кальция – кальцитом. Благодаря широкому распространению, легкости обработки и химическим свойствам известняк добывается и используется в большей степени, чем другие породы, уступая только песчано-гравийным отложениям. Известняки бывают разных цветов, включая черный, но чаще всего встречаются породы белого, серого цвета или имеющие коричневатый оттенок. Объемная плотность 2,2–2,7. Это мягкая порода, легко царапающаяся лезвием ножа. Известняки бурно вскипают при взаимодействии с разбавленной кислотой. В соответствии со своим осадочным происхождением имеют слоистое строение. Чистый известняк состоит только из кальцита (редко с небольшим содержанием другой формы карбоната кальция – арагонита). Присутствуют и примеси. Двойной карбонат кальция и магния – доломит – обычно содержится в переменных количествах, и возможны все переходы между известняком, доломитовым известняком и горной породой доломитом. В процессе отложения известняка водой привносятся также глинистые частицы, порода становится глинистой, стираются четкие границы между известняком, глинистым известняком и глинистым сланцем. Кремень тоже является обычной примесью; он нередко присутствует в форме желваков (кремневых конкреций) или в виде более или менее явно выраженных слоев. При метаморфизме, по мере того, как перекристаллизация кальцита охватывает всю породу и возникает мозаичная структура (агрегат из четко ограниченных плотно прилегающих друг к другу изометричных зерен приблизительно одинакового размера), известняк постепенно превращается в мрамор.

Существует много разновидностей известняка. Ракушечником называют скопления обломков раковин, сцементированных в ячеистый агрегат. Если раковины имеют микроскопическую величину, образуется слабосвязанная, мягкая, тонко крошащаяся, мажущая порода – мел. Оолитовый известняк состоит из мелких, размером с рыбьи икринки, сцементированных между собой шариков. Ядро каждого такого шарика-оолита может быть представлено песчинкой, обломком раковины или частицей какого-либо другого инородного материала. Если шарики более крупные, величиной с горошину, их называют пизолитами, а породу – пизолитовым известняком. Травертин – известняк, образовавшийся на поверхности в результате осаждения карбоната кальция (кальцита или арагонита) из воды углекислых источников. Если такие отложения сильно пористые (губчатые), их называют известковым туфом. Мергель представляет собой несцементированную смесь карбоната кальция и глины. Названия некоторых разновидностей известняка обусловлены возможным направлением его практического использования. Например, литографический известняк – это исключительно плотный, компактный и однородный камень, применяемый в литографии.

Хотя известняки могут образовываться в любых пресноводных и морских бассейнах, преобладающее большинство этих пород имеет морское происхождение. Иногда они осаждаются, подобно соли и гипсу, из воды испаряющихся озер и морских лагун, но, по-видимому, бóльшая часть известняков отложилась в морях, не испытавших интенсивного высыхания. По всей вероятности, формирование большинства известняков начиналось с извлечения живыми организмами карбоната кальция из морской воды (для построения раковин и скелетов). Эти остатки отмерших организмов в изобилии накапливаются на морском дне. Самым ярким примером аккумуляции карбоната кальция служат коралловые рифы. В некоторых случаях в известняке различимы и узнаваемы отдельные раковины. В результате волно-прибойной деятельности и под влиянием морских течений рифы разрушаются. К известковым обломкам на морском дне добавляется карбонат кальция, осаждающийся из насыщенной им воды. В образовании более молодых известняков участвует также кальцит, поступающий из разрушенных более древних известняков.

Известняки встречаются почти на всех материках, за исключением Австралии. Они сформировались в разные геологические эпохи. Мощность пластов варьирует от нескольких сантиметров до сотен метров. Известняки распространены в США и занимают 75% площади страны. В России известняки обычны в центральных районах европейской части, а также распространены на Кавказе, Урале и в Сибири.

Известняки (в широком понимании) имеют чрезвычайно многообразные области применения. Они используются в виде кускового известняка, щебня, штучного (пильного, стенового) и бутового камня, облицовочных плит, минеральной крошки, дробленого песка, минерального порошка, минеральной ваты, известняковой муки. Основные потребители – цементная промышленность (известняк, мел и мергель), строительство (получение строительной извести, бетонов, штукатурки, строительных растворов; кладка стен и фундаментов; декоративно-облицовочные работы и т.д.), дорожное и железнодорожное строительство, каменная наброска для защиты берегов и гидротехнических сооружений, металлургия (известняк и доломит – флюсы и огнеупоры, переработка нефелиновых руд на глинозем, цемент и соду), сельское хозяйство (известняковая мука в агротехнике и животноводстве), нефте- и коксохимическая, пищевая (особенно сахарная), целлюлозно-бумажная, стекольная (известняк, мел, доломит), кожевенная (известняк), резиновая, кабельная, лакокрасочная промышленность (мел как наполнитель). Другие области применения – полировка изделий из цветных металлов и перламутра (известняк), электросварка (мел для покрытия электродов), писчие мелки (мел), теплоизоляция строительных конструкций и технологического оборудования (минеральная вата) и т.д.

В России известняк добывается карьерами в Подмосковье, Ленинградской (облицовочный), Архангельской, Вологодской, Тульской, Белгородской, Воронежской областях, в Предуралье (Пермская область) и Поволжье, Краснодарском крае, на Северном Кавказе, на Урале, в ряде районов Восточной Сибири. Из подмосковных мячковских известняков возводились храмы и другие постройки Москвы белокаменной. Сырьевые ресурсы карбонатного сырья (известняка, мела, мергеля, доломита) в стране практически неисчерпаемы, хотя распределены очень неравномерно. В Донецкой области на Украине находится крупнейшее в Европе Еленовское месторождение известняка и доломита.

Ввод известняка и доломитизированного известняка в агломерационную шихту позволяет получать офлюсованный агломерат. Вывод известняка из доменной шихты приводит к экономии значительного количества тепла, затрачиваемого ранее на диссоциацию карбонатов, и к соответствующей экономии кокса. Экономический эффект от применения офлюсованного агломерата достигается за счёт того, что при агломерации на реакции диссоциации затрачивается тепло, выделяемое в спекаемом слое при горении гораздо более дешевого, чем кокс, топлива (коксовая мелочь, антрацитовый штыб, тощий уголь). Применение офлюсованного агломерата позволяет улучшить шлакообразование, а также уменьшить содержание диоксида углерода в печных газах, то есть повысить их восстановительную способность и улучшить шлакообразование[

Известь – материал, применяемый в большинстве существующих отраслей, будь то промышленность или пищевая сфера. Незаменим известняк и в металлургии. В этой отрасли он используется как очищающий компонент, удаляющий лишнюю влагу и ненужные вещества из сплава, чтобы качество стали было еще более высоким.

Производство металлов

В металлургической промышленности, как правило, применяется известь негашеная, чтобы очистить металл от фосфорных, серных или кремниевых примесей, образующихся при введении кислорода в расплавленный чугун или сталь. Введение в процесс производства происходит в три этапа: во-первых для производства окатышей (полуфабрикаты железа, которые и загружаются в плавильную печь), во-вторых, очищают материал от серы перед плавкой, и в-третьих: после того, как к плавленому материалу примешивается кислород, известь в твердом или измельченном состоянии добавляют в печи, чтобы образовались жесткие шлаки, которые легко можно удалить на данном этапе. Подобное использование делает сталь сверхчистой: именно в таком виде она больше всего ценится на рынке.

Известь, вяжущий материал, получаемый обжигом и последующей переработкой известняка, мела и других известково-магнезиальных горных пород. Чистая известь - бесцветный продукт; плохо растворимый в воде (около 0,1% при 20 °С); плотность около 3,4 г/см3.

Первоначально известь использовалась только для приготовления связывающих растворов при строительстве зданий. Со временем область применения ее расширялась, и теперь известь и вещества на ее основе используются во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве и даже в охране окружающей среды [4].

В металлургической промышленности известь позволяет очистить металл от фосфорных, серных или кремниевых примесей, образующихся при введении кислорода в расплавленный чугун или сталь. Введение в процесс производства происходит в три этапа: во-первых для производства окатышей (полуфабрикаты железа, которые и загружаются в плавильную печь), во-вторых, очищают материал от серы перед плавкой, и в-третьих: после того, как к плавленому материалу примешивается кислород, известь в твердом или измельченном состоянии добавляют в печи, чтобы образовались жесткие шлаки, которые легко можно удалить на данном этапе. Подобное использование делает сталь сверхчистой: именно в таком виде она больше всего ценится на рынке.

Активно применяют известь и для производства металлической продукции: в создании проволоки или формовых элементов она незаменима в качестве своего рода «смазки». В первом случае проволока без проблем протягивается сквозь матрицу, а готовое изделие без труда отходит от посыпанной «мелом» формы.

Освоено и использование негашеной извести в производстве цветмета: выплавка драгметаллов без нее не обходится. Известно, что золотую и серебряную руду на определенном этапе измельчают, смешивают с раствором цианида и известью. Последняя обеспечивает необходимый кислотный баланс, который препятствует испарению вредных веществ в атмосферу.

Не менее известные нам медь или свинец также производятся не без участия этого универсального материала. Вред от опасных испарений сокращается, когда они пропускаются через так называемое «известковое молоко» (водный раствор) [2].

По химическому составу известь должны удовлетворять требованиям, указанным в табл.1.

Исследование роли извести при шлакообразовании и внепечной обработке стали инертными газами Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ИЗВЕСТЬ / LIME / ШЛАК / SLAG / ПЛАВКА СТАЛИ / STEEL MELTING / ДУГОВАЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ / ARC STEEL FURNACE / КОВШ / ВНЕПЕЧНАЯ ОБРАБОТКА / LADLE / ПРОДУВКА / BLOWING / АРГОН / ARGON / АЗОТ / NITROGEN / КИСЛОРОД / OXYGEN / УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ / STEEL CONTINUOUS CASTING PLANT / SECONDARY REFINING

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Бахаев Денис Анатольевич, Кочетов Александр Иванович, Кем Александр Юрьевич, Ансимов Алексей Александрович

Показано, что создание таких технологий обусловлено необходимостью получения стали стандартно высокого качества по составу и температуре. Внепечная обработка стали обеспечивает эти условия и, следовательно, эффективную работу установок непрерывной разливки стали. Представлены апробированные в промышленных условиях экспериментальные данные о влиянии расхода извести на процессы шлакообразования в дуговых электросталеплавильных печах и на последующую внепечную обработку в агрегатах ковш-печь. Предложена технологическая схема комплексной обработки « Дуговая сталеплавильная печь → Внепечная обработка → Установка непрерывной разливки стали ». Она исключает повышение окисленности шлака при донной продувке , угар алюминия в ковше и увеличение концентрации кислорода в жидкой стали. Предложенные технологические решения по оптимизации расхода извести , наводке шлака и регламентации режима продувки стали в ковше позволили повысить основные технико-экономические показатели производства стали в условиях Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК).

INVESTIGATION OF THE ROLE OF LIME UNDER SLAGGING AND INERT-GAS SECONDARY STEEL REFINING

It is shown that the creation of such technologies is caused by the necessity of making standard high-quality steel in composition and temperature. The secondary steel refining provides these conditions and, consequently, the efficient operation of the steel continuous casting plants. The commercially proven experimental results on the lime consumption effect on the slagging processes in the electric arc furnaces and on the further secondary refining in the ‘ladle-furnace’ units are presented. A flow chart of the complex processing “Electric Arc Furnace → Secondary Refining → Steel Continuous Casting Plant ” is offered. It eliminates the increase of the slag oxidation degree under bottom blowing , aluminum loss in the bucket, and the increase of the oxygen concentration in the liquid steel. The proposed technology solutions to optimize the lime flow, slag adjustment, and to regulate the steel ladle stirring regime have permitted to raise the basic technical and economic indicators of the steelmaking at Oskolsky electrometallurgical works.

Текст научной работы на тему «Исследование роли извести при шлакообразовании и внепечной обработке стали инертными газами»

УДК 669.046.52 й01: 10.12737/2018

Исследование роли извести при шлакообразовании и внепечной обработке

стали инертными газами Д. А. Бахаев

(Старооскольский технологический институт им. А. А. Угарова (филиал) Национального исследовательского технологического университета «МИСиС»), А. И. Кочетов

(Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»), А. Ю. Кем

(Донской государственный технический университет), А. А. Ансимов

(ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат»)

Показано, что создание таких технологий обусловлено необходимостью получения стали стандартно высокого качества по составу и температуре. Внепечная обработка стали обеспечивает эти условия и, следовательно, эффективную работу установок непрерывной разливки стали. Представлены>/ апробированны>/е в промы>/ш-ленны^к условиях экспериментальныы данны>/е о влиянии расхода извести на процесы шлакообразования в дуговых электросталеплавильных печах и на последующую внепечную обработку в агрегатах ковш-печь. Предложена технологическая схема комплексной обработки «Дуговая сталеплавильная печь ^ Внепечная обработка ^ Установка непреры>/вной разливки стали». Она исключает повышение окисленности шлака при донной продувке, угар алюминия в ковше и увеличение концентрации кислорода в жидкой стали. Предло-женны>/е технологические решения по оптимизации расхода извести, наводке шлака и регламентации режима продувки стали в ковше позволили повысить основные технико-экономические показатели производства стали в условиях Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК).

Ключевые слова: известь, шлак, плавка стали, дуговая сталеплавильная печь, ковш, внепечная обработка, продувка, аргон, азот, кислород, установка непрерывной разливки стали.

Введение. Возможности регулирования физико-химических условий протекания процессов плавки в традиционных сталеплавильных агрегатах ограничены. Это привело к созданию новых комплексных сталеплавильных технологий. Они предполагают внепечную обработку (ВО) жидкой стали, наличие дуговой печи (ДСП) и установку непрерывной разливки стали (УНРС). Практика показала, что эффективная работа установок непрерывной разливки стали возможна при использовании стали стандартно высокого качества по составу и температуре от плавки к плавке. Внепечная обработка стали обеспечивает эти условия [1]. Однако остаётся актуальной проблема получения современных марок сталей с ультранизким содержанием нежелательных элементов ^ + Р < 0,005 %) и растворённых газов (/Я-сталь).

Следует отметить, что интенсивность процессов шлакообразования в значительной мере зависит от межфазной активности кальцийсодержащих соединений (например, извести), вводимых в ДСП, и режимов последующей внепечной обработки [2—4]. Таким образом, при шлакообразовании можно определить, насколько сталь очищена от нежелательных примесей и газов. Цель настоящей работы — исследовать влияние расхода извести как наиболее распространённого кальцийсодержащего материала на процессы шлакообразования в дуговой сталеплавильной печи, режимы и результаты внепечной обработки промышленных марок сталей. Результаты и их обсуждение. Обработка экспериментальных данных по результатам шлакообразования в ДСП-150 при плавке с использованием металлизованных окатышей позволила

* Работа выполнена в рамках инициативной НИР.

установить влияние удельного расхода извести (кг/т) на изменение содержания фосфора [Р, %] в стали (рис. 1). Увеличение расхода извести в интервале 10. 50 кг/т сопровождается снижением величины [Р, %], однако при дальнейшем увеличении удельного расхода извести её влияние на показатель [Р, %] падает. Установлено, что перед выпуском в ковш наименьшие значения содержания фосфора в стали (▲ и 0,005 % Р — рис. 1, а) соответствуют удельному расходу извести около 50 кг/т. Это связано со снижением величины адаптационного коэффициента до значения аР0 « 0,01, характеризующего условия, в которых содержание фосфора приближается к равновесному.

Рис. 1. Выплавка стали 09Г2С (•; ▲ — фактические данные): а — влияние расхода извести на [Р, %] при различных

значениях адаптационного коэффициента аРА : кривая 1 — аРА = 1; кривая 2 — аРА = 0,1; кривая 3 -б— зависимость содержания фосфора перед выпуском от удельного расхода извести

При транспортировке сталеразливочного ковша после выпуска металла из дуговой печи в ходе внепечной обработки стали (продувка расплава аргоном) меняется состояние шлака (рис. 2). Установлено, что температура поверхности шлака Тп.ш. (рис. 2, а) в процессе продувки металла аргоном (V- = 0,2—0,4 м3/т) снижается адекватно снижению удельных тепловых потоков Опот от шлака в окружающую среду (рис. 2, в) при среднем расходе аргона VAr и 0,3 м3/т [3, 4]. При этом толщина корки шлака зависит от толщины шлакового покрова в ковше и заметно изменяется только после 30-минутной выдержки (рис. 2, б). Сравнение характера изменения температуры поверхности корковой зоны шлака (рис. 2, а) и динамики теплопотерь металла (рис. 2, в) показывает, что теплопроводность твёрдого шлака на поверхности ниже теплопроводности жидкого шлака. Этим обусловлено увеличение (прирост) толщины корки за счёт слоёв шлака, прилегающих к жидкой стали. В конечном итоге тепловые потери металла в ковше заметно уменьшаются.

При донной продувке жидкой стали в ковше азотом (рис. 3) происходит, во-первых, насыщение металла азотом (Д[М], %), зависящее от расхода дутья (ОМ, м3).

Во-вторых, наблюдается угар алюминия (ДА1, %). Он зависит от окисленности шлака, характеризуемой суммарным содержанием оксидов железа и марганца (I ^еО + МпО), %) (рис. 4) и количеством шлакообразующей массы в ковше. С увеличением количества шлака в ковше угар алюминия возрастает. Это указывает на необходимость оптимизации как количества, так и степени окисленности шлака.

Ранее выполненные исследования [1, 5] доказывают тесную взаимосвязь окисленности шлака (рис. 5, а) и активности (концентрации) кислорода в стали (а[0]).

Влияние фракционного состава и водо-известкового отношения на процессы гашения извести Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Хомченко Юрий Викторович, Барбанягрэ Владимир Дмитриевич

Установлено, что процесс гидратации извести является двустадийным, в котором имеют место как экзо-, так и эндотермические процессы. При отводе тепла из сферы реакции гидратация извести в суспензии замедляется. Повышение температуры в сфере реакции вызывает резкое повышение скорости гидратации CaO. Из полученных данных следует, что процесс гашения извести в обычных условиях является автокаталитическим, т.е. самоускоряющимся, и зависит от условий теплообмена в водо-известковой суспензии. Отвод тепла из сферы реакции зависит от размера частиц, их пористости и условий теплообмена. Доказана решающая роль стабильности оксигидрата кальция на процесс гидратации извести , впервые определены его рентгенометрические характеристики.

Текст научной работы на тему «Влияние фракционного состава и водо-известкового отношения на процессы гашения извести»

Хомченко Ю.В., канд.техн.наук, ст.преп, Барбанягрэ В.Д., д-р техн.наук, проф. Белгородский государственный технологический университет им.В.Г.Шухова

ВЛИЯНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА И ВОДО-ИЗВЕСТКОВОГО ОТНОШЕНИЯ

НА ПРОЦЕССЫ ГАШЕНИЯ ИЗВЕСТИ

Установлено, что процесс гидратации извести является двустадийным, в котором имеют место как экзо-, так и эндотермические процессы. При отводе тепла из сферы реакции гидратация извести в суспензии замедляется. Повышение температуры в сфере реакции вызывает резкое повышение скорости гидратации СаО. Из полученных данных следует, что процесс гашения извести в обычных условиях является автокаталитическим, т.е. самоускоряющимся, и зависит от условий теплообмена в водо-известковой суспензии. Отвод тепла из сферы реакции зависит от размера частиц, их пористости и условий теплообмена. Доказана решающая роль стабильности оксигидрата кальция на процесс гидратации извести, впервые определены его рентгенометрические характеристики.

Ключевые слова: гашение, известь, водо-известковое отношение, теплообмен, фракция, гидратация, температура, сфера реакции, размер частиц, оксигидрат кальция.

Несмотря на простой химический и минералогический состав, а также на высокую степень изученности данного вида вяжущего, процесс гашения извести на сегодняшний день все еще остается недостаточно изученным. По данным Р.Бойнтона, уменьшение фракции извести и перемешивание среды увеличивают скорость гидратации [1]. Помол извести в разбавленной суспензии, диффузия реагирующих веществ в растворе, отвод продуктов реакции и обновление гидратирующейся поверхности считаются благоприятными факторами для быстрого протекания гашения.

В результате исследований кинетики гидратации извести в водной суспензии было установлено, что интенсивный мокрый помол извести в шаровой мельнице при В/И=2,67 существенно замедляет скорость гидратации извести.

На рис. 1. представлены кривые изменения температуры водо-известковых суспензий, вы-груженых из мельницы после помола в течение 5, 10, 15 и 20 минут. Для сравнения приведена кривая изменения температуры (рис.1-1.) аналогичной суспензии, которая получена в результате смешивания порошка извести с водой при В/И=2,67 без помола.

Характер кривых на рис. 1. показывает, что при мокром помоле извести в шаровой мельнице продолжительность гидратации извести может увеличиться почти в 2 раза. Присутствие в водо-извесковой суспензии после 10-минутного помола негидратированного оксида кальция установлено рентгенофазовым анализом [2, 3], который, в частности позволил установить, что после 10 минутного мокрого помола извести при

В/И=2,67 около 55% оксида кальция остается в непрогидратированном состоянии.

Рис. 1. Изменение температуры известковых суспензий (В/И=2,67): без помола - 1 и с предварительным помолом: 5 мин - 2, 10 мин - 3, 15 мин- 4, 20 мин- 5.

Дальнейшие исследования показали, что гашение извести в сильно разбавленной суспензии при отношении воды к извести (В/И): 10, 50 и 100 еще больше замедляется и завершается через 16 мин, 65 мин и 75 мин соответственно. При отводе тепла из сферы реакции гидратация извести в суспензии замедляется. В ледяной воде гидратация извести не происходит в течение 1-1.5 часа. Очевидно, что чем больше степень разбавления водо-известковой суспензии, тем медленнее процесс гидратации, и что противоречит принципу Ле-Шателье, согласно которому отвод теплоты из сферы реакции для экзотерми-

ческих поцессов должен вызвать увеличение скорости гидратации извести. Для объяснения причин аномального поведения процесса гидратации извести в разбавленных суспензиях выдвинута гипотеза о двустадийном процессе гидратации извести: первая стадия - образование оксигидрата и его существование но поверхности частиц оксида кальция; вторая стадия - превращение оксигидрата кальция в гидроксид и начало бурного процесса гашения извести.

В общем случае при гашении извести наблюдаются последовательно следующие периоды: I - начальный период быстрого повышения температуры в течение 30 сек. непосредственно при смешивании извести с водой; II -индукционный период, в продолжение которого температура в сфере реакции остается постоянной; III - период массовой гидратации с быстрым повышением температуры; IV - заключительный период плавного медленного подъема температуры до окончания гидратации.

Для объяснения причин замедления гидратации извести при разбавлении суспензии наибольший интерес представляют два первых периода гашения извести. Быстрый начальный подъем температуры связывают со смачиванием зерен извести и образованием химически адсорбированного слоя воды на поверхности зерен извести. Р. Бойнтон полагает [1], что при этом образуется слой оксигидрата кальция состава Са0-2Н20, однако данные о рентгенометрических характеристиках данной фазы в научно-технической литературе отсутствуют. Индукционный период, в течение которого температура в системе Са0-Н20 не изменяется, зависит, как показали исследования, от условий существования слоя оксигидрата кальция на поверхности зерен извести.

На дифференциальной кривой гидратации извести в стандартных условиях (В/И=2, исходная температура воды затворения 20°С) наблюдается два периода выделения тепла (рис. 2). Между указанными периодами можно заметить некоторый отрезок времени (около 30 сек), на котором подъем температуры практически отсутствует, происходит снижение прироста температуры (правый склон заштрихованного пика в интервале 30-60 сек на рис. 2).

Ярко выраженный индукционный период в смеси извести с водой связан с образованием и устойчивостью оксигидрата (Са0-2Н20) на поверхности зерен извести, который более детально изучен в работах 2 и приведена рентгено-

метрическая характеристика (ё, А: 4.02, 3.98, 3.75, 3.47).

Время гидратации извести, сек

Рис.2. Дифференциальная кривая изменения температуры при гашении извести в стандартных условиях; В/И=2,0

Результаты приведенных экспериментов показывают, что активация процесса гидратации извести требует затрат энергии, при отсутствии которой наблюдается индукционный период, причиной которого является образование пленки оксигидрата кальция на поверхности зерен извести. Расчитанная энергия активация процесса гидратации (37,7 кДж/моль) свидетельствует о том, что скорость процесса гидратации извести существенным образом зависит от температуры в сфере реакции [2, 3].

В случае снижения температуры среды вследствие разбавления суспензии или ее охлаждения скорость реакции гидратации замедляется. Можно предположить, что процесс превращения промежуточного соединения оксигид-рата кальция в гидроксид кальция является эндотермическим.

Исследования показали, что при снижении температуры водо-известковой сусупензии ниже 5°С практически прекращается процесс гидратации извести, что подтверждает предположение о необходимости затрат энергии для активации процесса гидратации. Более низкая температура гашения мелкой фракции извести обусловлена, по всей вероятности, образованием на поверхности зерен пленки оксигидрата кальция состава Ca0•2H20, которая замедляет их гидратацию. Опыты показали, что активный процесс гидратации извести протекает при температуре выше 20-22°С, что объясняется увеличением скорости разложения оксигидрата кальция с увеличением температуры.

Для использования полученных закономерностей для регултирования процесса гашения извести в промышленном производстве были проведены дополнительные исследования. При помоле извести в шаровой мельнице размер ее частиц уменьшался, что приводит к улучшению теплообмена в смеси и снижению температуры в сфере реакции. Очевидно, что величина частиц

извести и условия теплообмена в системе оказывают существенное влияние на скорость гашения извести.

Были проведены опыты, в которых подвергались гидратации три фракции извести (0-0,314 мм, 0,314-2,5 мм, 2,5-5 мм) с активностью 82% при значениях водо-известкового отношения В/И=1, 1,5, 2,0. Опыты проводились при постоянном перемешивании смесей, чтобы не происходило седиментации извести, и температура суспензии была более равномерной. Зависимости тепловыделения суспензий от времени гашения представлены на рис. 3, а-г.

При использовании более грубых фракций извести (0,314-2,5 мм, 2,5-10 мм) скорость гидратации внутри частиц материала больше, чем при использовании более тонкой фракции извести (0-0,314 мм). Установлен парадоксальный факт: наиболее тонкая фракция извести (0-0,314 мм) гасится дольше (по сравнению с более грубыми фракциями извести) на всем интервале времени гашения от начала до максимального тепловыделения (заштрихованная область на графиках рис. 3, а-г).

При использовании крупных фракций извести В/И внутри частиц извести ниже среднего В/И всей суспензии, а средняя температура суспензии меньше температуры внутри частиц извести более грубых фракций из-за затрудненного теплообмена по сравнению с более мелкой фракцией извести. Для более тонких фракций извести средняя температура суспензии и температура внутри частиц практически одинакова.

Снижение скорости гашения наиболее крупной фракции извести в опыте без перемешивания среды (рис. 3-г) объясняется наличием между крупными частицами большего пространства, заполненного водой, что повышает теплоемкость водоизвестковой системы в нижних слоях, где происходит реакция гидратации. Большая скорость гидратации мелкой фракции в данном случае объясняется седиментацией частиц извести, что повышает температуру в нижних слоях водоизвестковой смеси вследствие снижения В/И в нижних слоях суспензии, результатом чего является повышение температуры и скорости гашения извести.

Зависимости на рис. 3 демонстрируют решающую роль фактора теплообмена в сфере реакции гидратации CaO. В отсутствие перемешивания теплоотдача из сферы реакции замедленна, температура повышается и гидратация ускоряется, а время гашения извести при этом сокращается.

Читайте также: