În tehnologiile de producere în masă a oțelului turnat, apărute în urmă cu un secol și jumătate — Bessemer și cuptorul deschis — în stadiul inițial de dezvoltare, refractarele acide (pe bază de siliciu, SiO2 ).
Utilizarea zgurii acide nu permitea efectuarea operațiunilor de desulfurare și defosforizare. Necesitatea de a controla sulful și fosforul a fost unul dintre principalele motive pentru trecerea la lucrul cu zgură bazică și la utilizarea refractarelor bazice.
În același timp, tehnologia de topire în convertizoare, în principalele cuptoare electrice și în cele în aer liber, a fost construită astfel încât, în procesul (în timpul) topirii în sine, să se asigure că, la sfârșitul operațiunii, se obține metalul cu compoziția necesară și cu un conținut scăzut de sulf și fosfor.
În prezent, situația s-a schimbat radical: metodele moderne de tratare în afara cuptorului a fontei și oțelului asigură producția finală de metal cu compoziția necesară și cu un conținut minim de impurități nocive în complexul unității siderurgice — tratarea în afara cuptorului.
Incluziunile nemetalice din oțelul acru sunt de o natură diferită, în special, nu există incluziuni grosiere de aluminat de calciu și magneziu slab deformabile, ceea ce este important pentru o serie de clase. Particularitatea incluziunilor din oțelurile acide este forma lor rotundă, care se păstrează după laminare, în timp ce incluziunile din oțelurile de bază sunt adesea plăci sau lanțuri alungite, din cauza cărora proprietățile mecanice ale oțelurilor de bază în direcția transversală sunt mult mai scăzute decât în direcția longitudinală. Cu toate acestea, în oțelurile acide, anizotropia proprietăților mecanice, în special rezistența la impact și elasticitatea, este mai scăzută. În plus, proprietățile mecanice ale oțelurilor acide sunt, în general, mai stabile de la o topire la alta decât cele ale oțelurilor de bază de aceeași compoziție.
Există lucrări cunoscute care au un efect pozitiv al zgurii acide asupra calității metalului, în principal asupra purității incluziunilor nemetalice. În special, este vorba de studii de îmbunătățire a calității oțelului pentru rulmenți, în cursul cărora oțelul SHX15, topit în 70t DSP și 140t cuptor în aer liber, a fost tratat cu zgură acidă. Rezultatele obținute atestă posibilitatea reducerii drastice a contaminării oțelului pentru rulmenți atât cu oxid de șir, cât și cu cele mai periculoase incluziuni globulare în cazul tratării acestuia cu zgură acidă.
Dintre cercetările recente, se remarcă lucrările efectuate la uzina metalurgică din Belarus (raport prezentat la Congresul GU al siderurgiștilor în 1996). Tratarea cu zgură acidă a oțelului destinat încrucișării metalelor a dus la o îmbunătățire notabilă a calității acestuia, la reducerea ruperii cablurilor etc. În procesul de producție a oțelului, zgura acidă zdrobită a fost adăugată în cazan, metalul a fost dezoxidat cu aluminiu și aliat cu ferromanganez.
Particularitatea zgurii acide este solubilitatea redusă a gazelor (în comparație cu zgura bazică) și permeabilitatea redusă la azot și hidrogen (de 4-5 ori și, respectiv, de 2-3 ori mai redusă decât cea a zgurii bazice). Ca urmare a creșterii raportului de SiO2: (FeO + MnO) de la 0,72 la 2,11 permeabilitatea la apă a zgurii scade de la 1,0 la 0,09 cm 3 /100 g. Scoriile acide, pentru care valoarea acestui raport este mai mică de 1,2, nu sunt practic permeabile la azot.
Conform diferitelor studii, solubilitatea hidrogenului în zgura acidă s-a dovedit a fi în toate cazurile semnificativ (de câteva ori) mai mică decât în cea bazică.
În cadrul lucrărilor Institutului de Metalurgie Feroasă din Ucraina, a fost efectuată o comparație a conținutului de gaze din metal în procesul de topire BOF folosind convertoare cu garnituri acide (1) și bazice (2) (figura 1). Scăderea conținutului de azot în metalul acid a fost explicată, de asemenea, prin permeabilitatea mai scăzută la azot a zgurii acide.
Răspândirea cuptoarelor cu arc de capacitate relativ mică cu căptușeală acidă se datorează unei serii de avantaje ale acestui tip de unități:
- Conductivitatea termică și electrică mai scăzută a refractarelor și zgurii acide. Datorită rezistenței crescute a zgurii acide, arcele electrice din cuptoarele acide sunt mai scurte, ceea ce asigură o încălzire mai rapidă a metalului la temperatura stabilită, cu un consum de energie mai mic (cu 10-15%).
- Băile cuptoarelor acide sunt relativ adânci (fără defosforizare și desulfurare — nu este nevoie de o suprafață mare de contact metal — zgură), ca o consecință — pierderi de căldură mai mici.
- Proporția mică a perioadei „lichide” permite utilizarea mai completă a capacității transformatorului.
- Materialele pentru căptușirea cuptoarelor acide sunt mai puțin rare, de peste 2 ori mai ieftine decât materialele refractare de bază, și asigură o durabilitate suficient de mare a fundului, pereților și bolții la funcționarea periodică a cuptorului.
- În comparație cu zgura acidă de bază, zgura are o conductivitate electrică mai mică și o capacitate radiantă mai redusă, ceea ce permite încălzirea metalului lichid cu un arc electric mai scurt la un nivel de tensiune ridicat al transformatorului cuptorului. Arcurile electrice sparg stratul de zgură și intră în contact direct cu metalul lichid, transmițându-i acestuia căldura arcurilor. Acest lucru îmbunătățește transferul de căldură către metal, scurtează timpul de topire și crește eficiența electrică a instalației. Conductivitatea termică redusă și capacitatea de acumulare a volumului refractarelor acide contribuie, de asemenea, la reducerea pierderilor de căldură prin zidărie și la încălzirea mai rapidă a metalului. Indicatorii comparativi ai valorilor termofizice ale refractarelor sunt prezentați în tabelul 1.
6. Procedeul acid prezintă unele avantaje tehnologice: a) activitate scăzută a oxizilor de fier din zgură și, în consecință, mai puțin monoxid de carbon în procesul de topire; b) temperaturi ridicate ale metalului încălzit, adică, dacă este necesar, există posibilitatea de a readuce siliciul la valori corespunzătoare compoziției gradului (fără utilizarea ferrosiliciului); c) procedeul în zgură acidă este deosebit de eficient la topirea deșeurilor care conțin crom. Este cunoscut faptul că pe măsură ce bazicitatea zgurii scade, raportul (Cg)/[Cg] scade brusc. Acest fapt este luat în considerare atât la topirea oțelurilor cu conținut ridicat de crom (clase precum 08X18H10), cât și a oțelurilor cu conținut relativ scăzut de crom (figura 2). Rezultatele comparării condițiilor de funcționare ale BSP bazice și acide sunt rezumate în tabelul 2.
Problemele legate de utilizarea eficientă a zgurii acide sunt, de asemenea, de interes pentru transformatori. Experimentele efectuate la Institutul de Metalurgie Feroasă din Ucraina și în atelierul BOF al uzinei Petrovsky merită atenție. Experimentele au arătat că oțelul topit în convertorul cu căptușeală acidă, în comparație cu cel de bază, se caracterizează printr-o scădere a conținutului de azot, hidrogen și oxigen, o creștere a rezistenței la impact a plăcii groase și o scădere a anizotropiei proprietăților. În general, pentru procesul în convertorul cu căptușeală acidă se obține reducerea consumului de materii prime și purtători de energie, reducerea deșeurilor și creșterea productivității convertoarelor.
Desigur, atunci când se decide alegerea acestei sau acelei căptușeli este necesar să se ia în considerare faptul că temperatura refractară a magnezitei și cromomagnezitei este de 2000°С, iar cea a dinasului este de 1730°С, dar în procesul de extindere a metodelor de răcire artificială a elementelor separate ale construcțiilor de agregate siderurgice influența acestui factor scade și, în unele cazuri, dispare complet.
Viitorul apropiat va arăta care sunt perspectivele de utilizare a tehnologiilor de topire a metalelor sub zgură acidă.
