Оценка возможности совместного введения оксида магния в шлак и свежевосстановленного железа в металлический расплав

До 70 % износа магнезиальных огнеупоров в сталеплавильных агрегатах приходится на износ в результате разъедания шлаком. Причиной этого процесса является разность химических потенциалов оксида магния в шлаке и огнеупорах. Для уменьшения износа футеровки повышают концентрацию оксида магния в шлаке, используя для этого различные магнезиальные материалы [1].

Целью данной работы является оценка возможности совместного введения оксида магния и восстановленного железа в ванну сталеплавильных агрегатов, используя новый комплексный метал-лофлюс из сидеритовой руды.

Металлофлюс является композиционной смесью, которая представляет собой металлическую губку восстановленного железа, включающую в себя вкрапления пустой породы, состоящей преимущественно из оксидов магния (около 80 %) и недовосстановленных оксидов железа и марганца (см. рисунок) [2]. Материал отличается низким содержанием цветных металлов и вредных примесей и является ценной добавкой при выплавке ста-

Исходный металлофлюс: а, в – участок анализа и спектр оксидной части; б, г – участок анализа и спектр металлической матрицы

Химический состав исходного и конечного шлаков

Таблица 1

Шлак	MgO	Al2O3	SiO 2	S	CaO	Cr 2 O 3	MnO	FeO
Исходный	6,65	8,33	24,17	0,84	17,06	1,31	2,80	38,67
Конечный	21,02	6,32	29,72	0,21	21,12	0,44	4,45	16,72

Таблица 2

Материальный баланс плавки

Масса, г Шлак Металл Расчетная 214 129,75 Фактическая 209 130 Невязка, % 2,3 0 ли, позволяющей повысить содержание MgO в шлаке. При этом оксид магния, переходя в шлак, снижает его агрессивное воздействие на футеровку. Кроме того, металлическое железо позволяет снизить концентрацию цветных примесей и увеличить выход годного металла.

Исходя из оптимального содержания MgO в шлаке сталеплавильных агрегатов, нами выполнен расчет количества вводимого металлофлюса. При исходном содержании MgO в шлаке на уровне 3,5 % добавка металлофлюса может составлять 225 кг на 1 т шлака. При этом в металл может быть внесено до 4–5 % железа от массы металло-шихты.

Для исследования возможности разделения оксидной и металлической составляющих метал-лофлюса при введении в шлак, исходный шлак (табл. 1) массой 200 г засыпали в графитовый тигель, нагрели в печи Таммана до температуры 1550 °С. Куски металлофлюса засыпали в расплавленный шлак порциями: первая порция 50 г, остальные по 10 г (что соответствует увеличению концентрации MgO в шлаке на 1 %). Это позволило визуально наблюдать процесс растворения.

После введения очередной порции кусков ме-таллофлюса, когда их растворение заметно замедлилось, введение материала прекратили, расплав выдержали в течение 2 мин и вылили в изложницу. Общая масса засыпанного металлофлюса составила 150 г (75 % от массы шлака).

После затвердевания расплава на дне изложницы обнаружен кусок металла массой 130 г, при визуальном изучении полученного шлака запутавшихся корольков металла не обнаружено. Изучение химического состава исходного и конечного шлаков (см. табл.1) проводили на электронном микроскопе JEOL JSM 7001F в НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ.

Cодержание восстановленного железа в ме-таллофлюсе 60–85 % [3], для дальнейшего расчета выбрано среднее значение 72,5 %. Тогда, исходя из общей массы металла 130 г, следует, что в металл слитка из флюса перешло 109 г железа, что составляет 72,7 % от массы введенного металло-флюса, и восстановилось из шлака – 21 г железа (табл. 2).

Анализируя химический состав шлака и массу образовавшегося металла, можно сделать вывод о хорошем разделении оксидной и металлической частей металлофлюса.

Используя термодинамическую модель, разработанную Охотским В.Б., определена концентрация насыщения шлака конечного состава (см. табл. 1) оксидом магния, которая равняется 20,1 % MgO. Таким образом, можно считать, что в шлаке достигнута концентрации насыщения MgO. При малых концентрациях MgO в шлаке вводимые добавки металлофлюса легко и полностью растворяются в шлаке, позволяя снизить износ магнезиальной футеровки.

Заключение

При введении металлофлюса в шлаковый расплав происходит хорошее разделение оксидной и металлической частей. Металл из флюса переходит в основной металл, а оксидная часть растворяется в шлаке. Таким образом, исследуемый метал-лофлюс может быть рекомендован к использованию в качестве комплексного шихтового материала при производстве стали.