Леонид Смирнов, Константин Демидов
ГНЦ РФ «Уральский институт металлов»
Олег Шатилов, Юрий Дмитриенко
ОАО «Комбинат «Магнезит»

К

онвертирование чугуна в кислородном конвертере сопровождается образованием шлаков, насыщенных значительным количеством оксидов железа, которые оказывают негативное влияние на стойкость футеровки конвертеров. Снижение агрессивного воздействия высокожелезистых шлаков достигается введением в плавку магнийсодержащих материалов. Обогащение путем ввода магнезии затрудняет переход MgO из огнеупоров в шлак вследствие изменения условий массопереноса оксидов магния в шлаке (приближение к пределу растворимости).
    Чтобы повысить содержание оксидов магния в шлаках, в зарубежных и отечественных конвертерных цехах в плавку вводится обожженный доломит или доломитизированная известь. Согласно диаграмме CaO–MgO, эвтектическая точка, при которой образуется расплав, равна 33,2 % MgO при температуре 2370^oС. При использовании обожженного доломита с содержанием 30–35 % оксидов магния, несмотря на наличие в расплаве оксидов железа, которые способствуют снижению температуры растворения в шлаке обожженного доломита, он, тем не менее, растворяется плохо. В результате происходит гетерогенизация шлакового расплава с повышением его вязкости и наличием твердых кусочков доломита и извести. Продувка металла при таких шлаках сопровождается ухудшением процессов его дефосфорации и десульфурации, а также усиленными выносами металла из конвертера. Это приводит к снижению выхода жидкой стали и образованию настылей на продувочной фурме и металлических конструкциях газоотводящего тракта.
    В Государственном научном центре РФ «Уральский институт металлов» впервые в мировой практике разработана технология производства ожелезненного известково-магнезиального флюса.
    В отличие от широко используемого в конвертерной плавке обожженного доломита, ожелезненный известково-магнезиальный флюс характеризуется однородностью химического и фазового состава по сечению зерна, высокой прочностью – до 500 кг/образец, способностью к длительному хранению и транспортировке.
    В качестве сырьевых компонентов для производства известково-магнезиального флюса используется сырой доломит с содержанием оксидов магния не менее 20 % и железосодержащие добавки (шлам газоочистки конвертерной плавки), соотношение которых обеспечивает в составе готового флюса MgO – 28–35 %, CaO – 45–50 %, Fe₂O₃ – 7–10 %, SiO₂ – менее 4 %, P – менее 0,05 %.
    Высокие физико-механические свойства и реакционная способность флюсов обеспечиваются за счет применения специальной технологии, принципиальная схема которой приведена на рисунке, а также путем глубокого анализа твердофазовых реакций в присутствии ограниченного количества жидкой фазы в системе CaO–MgO–Fe₂O₃.


    Технология предусматривает тонкое измельчение компонентов в мельницах мокрого помола до размера частиц менее 200 микрон, гомогенизацию сырьевой смеси и подачу ее с влажностью 37 –42 % во вращающуюся печь. В ней происходят процессы сушки, окомкования частиц, твердофазовые реакции, обеспечивающие появление ферритов кальция и магния, а также жидкой фазы, благодаря которой происходит стабилизация фазового состава и свободной CaO. Последнее предотвращает гидратацию CaO_своб. и тем самым разрушение частиц флюса.
    Разработанная математическая модель процесса обжига позволила оптимизировать расход газа, температурный режим сжигания и охлаждение флюса.
    Применение в конвертерной плавке ожелезненного известково-магнезиального флюса позволило улучшить процессы шлакообразования плавки, в результате чего снизилось заметалливание фурм и металлоконструкций газоотводящего тракта, улучшились процессы снижения серы и фосфора в металле, а также повысилась стойкость футеровки конвертеров.
    Состав флюса, технология его производства и использования в конвертерной плавке защищены 8 патентами на изобретение.
    В настоящее время выпуск флюсов осуществляется в акционерных обществах «Металлург» – филиале «Волховского алюминия» (Ленинградская обл.), «Завод металлофлюсов» (г. Сухой Лог Свердловской обл.), «Магнитогорский цементный завод» (Челябинская обл.). Общий объем их производства в России составляет около 500 тыс. т в год. Эти флюсы широко используются в акционерных обществах «Северсталь», «Магнитогорский металлургический комбинат», «Нижнетагильский металлургический комбинат», «Западно-Сибирский металлургический комбинат».
    Значительный расход футеровки конвертера наблюдается на конечной стадии продувки металла. В этот период необходимо защищать футеровку от агрессивного воздействия шлака. Это достигается наличием в нем большого количества оксидов магния. Несмотря на то, что в настоящее время содержание MgO в конечных шлаках составляет 10–12 %, при выплавке, например, низкоуглеродистых марок сталей, когда в шлаке содержится более 25 % оксидов железа и температура металла превышает 1650^oС, этого количества оксидов магния может оказаться недостаточно для эффективной защиты футеровки. Увеличить содержание оксидов магния в конечном шлаке можно присадкой материалов с высокой концентрацией MgO с одновременным быстрым их растворением в шлаке. Такие материалы необходимы и для использования их в шлаковом расплаве в виде гарнисажа, наносимого на футеровку азотом высокого давления. Эта технология, повышающая стойкость футеровки конвертеров, в последние годы получила на металлургических предприятиях России широкое распространение.
    Суть метода заключается в следующем. После окончания продувки в конвертере, замера температуры и отбора проб металла, последний сливается в сталеразливочный ковш. В печи остается определенное количество шлака. Конвертер устанавливается в вертикальное положение, в него вводится фурма, и через нее на шлак подается азот с давлением 1–1,4 МПа. Всплески и брызги шлака ровным слоем ложатся на футеровку конвертера. Так и создается на ней шлаковый гарнисаж. Чем выше в нем содержание оксидов магния, тем меньше будет износ футеровки при следующей плавке. Нанесение шлакового гарнисажа повторяется через 1–3 плавки. Такая операция позволяет добиться высокой стойкости футеровки конвертеров. Например, в акционерных обществах «ММК» и «Северсталь» она составляет 3500–4500 плавок, что сопоставимо с мировым уровнем.


    Для быстрого растворения магнезиальных флюсов в конвертерном шлаке, наносимом на футеровку в качестве гарнисажа, разработан целый ряд составов флюсов. Содержание компонентов в них приведено в таблице.
    Отличительной особенностью флюсов в виде самораспадающихся гранул является наличие в них значительного количества m_прк (потери при прокаливании). Ввод таких флюсов приводит к разрыву гранул, позволяя им быстро усваиваться шлаком, а высокое содержание в флюсах MgO способствует насыщению шлака оксидами магния, которые при нанесении шлакового гарнисажа снижают износ футеровки конвертера. Изготовление таких флюсов производится методом окатывания исходных материалов в тарельчатом грануляторе.
    Для повышения содержания оксидов магния в шлаках в процессе продувки плавки разработана технология использования в конвертерах высокомагнезиального флюса (ФОМ), быстро растворимого в шлаковом расплаве. ФОМ – это высокомагнезиальные окатыши, пропитанные окислами железа, которые получают совместным обжигом сырого магнезита и сидерита во вращающихся печах. Этот флюс содержит 85–90 % MgO и 5–10 % Fe₂O₃. Гранулы ФОМ имеют шаровидную форму диаметром 10–30 мм с клиновидными выступами. Внесение ФОМ в конвертеры осуществляют в период завалки или в первые минуты продувки плавки.
    Широкомасштабные испытания присадки этого флюса в конвертерах проведены на Магнитогорском и Нижнетагильском металлургических комбинатах и на «Северстали». Получены положительные результаты. Высокое содержание оксидов магния в шлаках позволяет в процессе эксплуатации конвертера резко снизить расход огнеупорной футеровки. В настоящее время ФОМ регулярно используется в конвертерах ОАО «ММК».
    Таким образом, испытания и внедрение в конвертерное производство стали высокомагнезиальных флюсов как непосредственно в плавку, так и при нанесении шлакового гарнисажа на футеровку конвертера позволяет повысить ее стойкость на 30–40 %, увеличить производительность сталеплавильного агрегата и улучшить качество металла.