Выбор и расчет технологии получения стали марки 20Л в дсп

2.5. Характеристика физико-химических процессов периода расплавления и окислительного периода электроплавки стали

Окисление металла кислородом печной атмосферы в дуговых печах происходит в незначительной степени во время загрузки шихты и ее плавления, а также в окислительный период. В основном же примеси металла окисляются кислородом, поступающим из шлака или вводимым в металл при продувке.

По способности к окислению в условиях плавки стали в открытых печах примеси можно разделить на три группы:

• 
  с большим, чем у железа, сродством к кислороду, полностью окисляющиеся в окислительный период плавки (Si, Тi, Аl, В, V);
  
• 
  с меньшим, чем у железа, сродством к кислороду и почти не окисляющиеся (Ni, Мо, Сu, Со);
  
• 
  со сродством к кислороду, немного большим чем у железа (Мn, Сr), вследствие более низкой, чем у железа, концентрацией в металле, эти элементы окисляются в большей или меньшей степени в зависимости от условий плавки.
  

Особое место занимает углерод, образующий газообразные продукты окисления.
Окисление кремния в дуговой сталеплавильной печи (ДСП)
Окисление кремния происходит в период расплавления и окислительный период плавки. Процесс окисления можно описать реакциями где активность железа принята равной единице, так как концентрация железа в стали близка к 100 %. При плавке в основных печах образующийся кремнезем связывается в шлаке в прочные соединения типа силикатов, по-видимому, главным образом ортосиликата кальция 2СаО-SiO₂. Вследствие этого активность кремнезема в основном шлаке очень мала и при достаточно высокой активности FеО, характерной для периода плавления и окислительного периода плавки, кремний почти полностью окисляется. Обычно это окисление происходит в период плавления.
Окислению кремния способствуют:

• 
  низкая температура (высокое значение константы равновесия реакций окисления (6.1) и (6.4);
  
• 
  повышенная активность FеО в шлаке;
  
• 
  пониженная активность SiO₂ в шлаке.
  

Сродство кремния к кислороду в период плавления остается все время очень высоким. К концу периода плавления при температуре 1500^oС и активности FеО 20% равновесное содержание кремния в железе составляет 0.05%.
Лишь в восстановительный период плавки в основных дуговых печах при понижении содержания FеО до < 0,5 % может происходить некоторое восстановление кремния, не превышающее 0,08—0,12 %, в результате присадок в шлак углерода.
При плавке в кислой печи образующийся кислый шлак состоит преимущественно из оксидов SiO₂, FеО, МnО. Высокая активность в кислом шлаке SiO2, содержание которого превышает 50 %, и низкая активность FеО приводят к тому, что при кислом процессе кремний окисляется не полностью. К концу окислительного периода вследствие повышения содержания кремнезема, который, находясь в шлаке частично в виде взвешенных кристаллов, повышает вязкость шлака и уменьшает интенсивность массопереноса FеО к металлу, а также в результате повышения температуры кремний даже восстанавливается и содержание его в стали повышается до 0,15—0,30 %.
Восстановление кремния происходит главным образом в результате не диссоциации кремнезема, а восстановления его углеродом
(1)
Реакция эта протекает на поверхности подины с участием материала футеровки.