Suflarea cu oxigen a metalului în convertorul de sus se caracterizează prin temperaturi ridicate în zona de alimentare cu oxigen (până la 2500°C), presiune și viteză de suflare ridicate, concentrație mare de oxigen în suflu. Aceasta determină o intensitate ridicată a oxidării fierului și a impurităților. Cu toate acestea, secvența de oxidare a impurităților în baia de conversie a oxigenului este determinată de afinitatea acestora pentru oxigen, ținând seama de legea maselor în acțiune.
Fig. 129 arată modificarea compoziției metalului și a zgurii, precum și a temperaturii metalului în cursul topirii cu oxigen-convertor.
Conținut
Oxidarea fierului
Oxigenul gazos, care intră în metal din tuyere, interacționează atât cu impuritățile (în principal siliciu, carbon și mangan), cât și cu fierul. Reacțiile de oxidare a fierului sunt descrise de ecuațiile
Oxizii de fier formați sunt răspândiți în baie și constituie o sursă de oxigen pentru reacțiile secundare de oxidare a impurităților. Oxidarea fierului prin reacțiile de mai sus este accelerată odată cu scăderea penetrării jeturilor de oxigen în metal, adică odată cu creșterea poziției tuyerei deasupra metalului. În acest caz, scade gradul de amestecare a metalului și rata de amestecare a impurităților pe suprafața interfeței metal — oxigen gazos. O parte din FeO, format prin reacția (179), se descompune și oxigenul se dizolvă în metal, ceea ce crește potențialul oxidant al metalului:
Oxizii de fier, ca sursă de oxigen, sunt intens consumați în momentul oxidării viguroase a carbonului (la mijlocul epurării). Atunci când în baie rămâne doar fier (la sfârșitul suflării), acesta este din nou oxidat intens, iar conținutul de oxizi de fier din zgură crește semnificativ, ajungând uneori la 30% și mai mult. Pentru a minimiza pierderile de fier, este necesar să se termine suflarea la timp.
În zona de introducere a jeturilor de oxigen în metal se dezvoltă o temperatură ridicată (2000-2500 ° C), de același ordin cu punctul de fierbere al fierului. Prin urmare, fierul se vaporizează în această zonă, vaporii de fier sunt purtați de gaze. Cu cât jetul de oxigen pătrunde mai concentrat în metal, cu atât temperatura în aceste volume este mai ridicată, deoarece transferul de căldură către alte volume este redus, iar vaporizarea fierului este mai mare. Astfel, raportul dintre pierderile de fier ca urmare a oxidării și evaporării depinde în primul rând de condițiile de alimentare cu oxigen. Această circumstanță este luată în considerare la selectarea modului de purjare.
Oxidarea siliciului și a manganului
Afinitatea ridicată a siliciului față de oxigen determină oxidarea intensă a acestuia atât direct de către oxigenul gazos, cât și de către oxigenul și oxizii de fier dizolvați în metal:
După 2-4 minute de la începerea suflării, siliciul este complet oxidat (fig. 129). În zgură, siliciul este legat în silicați de fier.
Simultan cu siliciul, manganul este, de asemenea, oxidat de oxigen din aceleași surse ca și siliciul în timpul perioadei inițiale de suflare:
2[Mn] + 2> = 2MnO; (185) [Mn] + [O] = (MnO); (186) [Mn] + (FeO) = [Fe] + (MnO). (187)
Oxidul de MnO are un efect pozitiv asupra procesului de zgură în prima perioadă de suflare, când varul nu s-a dizolvat încă în zgură. Silicații de mangan se formează prin reacție
sunt caracterizate de o temperatură de topire scăzută, care favorizează formarea mai rapidă a zgurii lichide omogene.
În timpul suflării, la oxidarea intensă a carbonului și la creșterea temperaturii, se creează condițiile pentru reducerea manganului din zgură prin reacția
(MnO) + [C] = [Mn] + , (189)
ceea ce duce la o ușoară creștere a conținutului de mangan în metal și la o scădere a concentrației de MnO în zgură (fig. 129). Ulterior, în special la topirea oțelurilor cu conținut scăzut de carbon, datorită creșterii oxizilor de fier în zgură, manganul este oxidat din nou și conținutul său în metal scade.
Oxidarea carbonului
Procesul de oxidare a carbonului în baia convertorului de oxigen, precum și în baia oricărei alte unități siderurgice, este de mare importanță, deoarece, pe lângă degajarea de căldură, bulele de monoxid de carbon formate CO îmbunătățesc amestecul dintre metal și zgură, contribuie la eliminarea gazelor și a incluziunilor nemetalice din metal. Carbonul este oxidat atât în zona de alimentare cu oxigen gazos prin reacție
cât și în alte volume ale băii de către oxigenul dizolvat în metal:
Reacția de formare a dioxidului de carbon se dezvoltă, de asemenea, într-o mică măsură:
Schema de interacțiune a jetului de oxigen cu metalul și circulația metalului în baia de oxigen cauzată de jetul de oxigen și bulele de CO eliberate este prezentată în figura 130.
La începutul purjării, la o temperatură relativ scăzută a băii, rata de oxidare a carbonului este scăzută deoarece, în aceste condiții, afinitatea siliciului și a manganului pentru oxigen este mai mare decât cea a carbonului. Pe măsură ce conținutul de siliciu și mangan scade și temperatura metalului crește, zona de oxidare activă a carbonului crește și se extinde pe întregul volum al băii. Rata medie de oxidare a carbonului crește, de asemenea, ajungând la 0,3-0,6 per cent/min la mijlocul purjării. În 3-5 minute de la începutul purjării, tot oxigenul furnizat băii este utilizat pentru oxidarea carbonului. Parțial, carbonul este oxidat de oxigenul oxizilor de zgură, adică reacția de oxidare a carbonului este descrisă de ecuațiile (190), (191) și parțial (192). Conținutul de FeO din zgură scade semnificativ (a se vedea Fig. 129).
Odată cu modificarea ratei de oxidare a carbonului, se modifică și cantitatea de gaze emise din baie. În timpul perioadei de oxidare intensă a carbonului, metalul și zgura se spumează, iar volumul amestecului zgură-metal-gaze din convertor crește de două până la patru ori față de starea calmă a băii, iar nivelul băii spumate se situează deasupra tăișului inferior al tuyerei.
Spumarea excesivă a băii poate duce la ejecții semnificative de metal și zgură din convertor, ceea ce reduce producția de metal lichid. Prin urmare, modul de suflare și designul tuyerei sunt alese astfel încât să reducă spumarea băii la rate ridicate de alimentare cu oxigen. În special, suflarea cu un jet îngropat, care contribuie la reducerea spumării, este utilizată pe scară largă în practica uzinelor.
Comportamentul azotului
În procesul de conversie a oxigenului, influența decisivă asupra conținutului de azot din metal este conținutul acestuia în oxigenul gazos utilizat pentru purjare. Acest lucru se datorează faptului că, la temperatura ridicată care se dezvoltă în zona de alimentare cu oxigen, azotul molecular se descompune în azot atomic, care este intens absorbit de metal. La puritatea oxigenului >99,5%, conținutul de azot din metal la sfârșitul suflării nu depășește 0,004%, iar la puritatea oxigenului 97-98% crește la 0,009- 0,006%. Oxigenul de înaltă puritate (99,5-99,8%) este utilizat pentru procesul de conversie a oxigenului.
Procesul de conversie a oxigenului se caracterizează prin cel mai scăzut conținut de azot în metalul finit în comparație cu alte metode de fabricare a oțelului în unități siderurgice deschise (cuptoare cu arc și cuptoare în câmp deschis).
