СПОСОБ ОЦЕНКИ КИСЛОРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ШЛАКА ПРИ ВЫПЛАВКЕ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА В ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ПЕЧАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 1996 года по МПК C21C5/52 G01N27/26 

Изобретение относится к металлургии, в частности к методам контроля содержания кислорода в шлаке при производстве стали и сплавов в электродуговых агрегатах переменного тока.

Известен способ оценки кислородного потенциала шлака путем определения в нем содержания кислорода при выплавке чугуна, включающий измерение толщины слоя всплывающего шлака по формуле, основанной на постоянстве величины отношения количества кислорода, растворенного в шлаке к толщине его слоя [1]
Для использования данного способа требуется специально сложное оборудование для измерения толщины слоя шлака.

Известен способ оценки кислородного потенциала шлака путем определения кислорода в жидком шлаке методом измерения ЭДС между шлаком и электродом сравнения [2]
Использование метода ЭДС требует периодической замены концентрационных элементов и узлов, их защиты от высоких температур расплава, которые выполняются из дорогих материалов, а также требуют создания дополнительного производства для их изготовления.

Техническим результатом изобретения является создание менее дорогостоящего и более простого способа оценки кислородного потенциала шлака за счет использования электрической характеристики дуги.

Это достигается тем, что в известном способе оценки кислородного потенциала шлака при выплавке сплавов на основе железа в электродуговых печах переменного тока, включающем замер и регистрацию сторонних электрических сил, согласно изобретению, в качестве сторонних электрических сил измеряют постоянную составляющую напряжения дуги, предварительно выделив ее с одной из фаз, на опытных плавках определяют зависимость постоянной составляющей напряжения дуги от содержания FeO в шлаке, а кислородный потенциал шлака на текущих плавках оценивают по значению постоянной составляющей напряжения дуги.

Кроме того, FeO в шлаке определяют по следующему соотношению:
(FeO) aU + b, где U постоянная составляющая напряжения дуги (ПСНД);
а и b постоянные коэффициенты.

Возникновение ПСНД связано с различными условиями термоэлектронной эмиссии при прямом и обратном направлениях переменного тока. Когда катодом служит графитированный электрод, то температура его в зоне горения дуги высока, условия для эмиссии электронов благоприятны, что обеспечивает необходимую плотность тела. Когда катодом служит металл или шлак, то термоэлектронная эмиссия уменьшается. Таким образом, появляется асимметрия в различные полупериоды в падении напряжения на дуге, возникает ПСНД.

Поскольку величина ПСНД является функцией стабильности горения дуги, условий эмиссии электронов, то по ее знаку и величине можно судить о различных факторах, влияющих на нее. Один из таких факторов это содержание окиси железа в шлаке, являющейся наиболее активным окислительным компонентом шлакового расплава.

Постоянные коэффициенты а и b зависят от конкретных условий плавки (мощности, объема плавильного агрегата, режима его работы, сортамента и т.д. ) и определяются опытным путем.

Зависимость ПСНД от содержания FeO в шлаке определена опытным путем.

В лабораторных условиях производили моделирование горения дуги в дуговой сталеплавильной печи и исследовали возможность контроля окисленности шлака с помощью ПСНД.

На основании статистической обработки результатов опытов установлена линейная зависимость данных величин U_ПСНД5,65 • 10^-2(FeO) + 1,81 • 10^-1 при коэффициенте корреляции ч 0,8629.

Таким образом, зная результаты замера ПСНД, можно рассчитать содержание FeO в шлаке, т.е. оценить его окисленность, кислородный потенциал.

Для осуществления способа не требуется организации дополнительного производства и используются известные приборы.

П р и м е р. Опробование способа проводили при выплавке быстрорежущей стали в 10-тонной дуговой электропечи с основной футеровкой. Для проведения опытов было изготовлено устройство для выделения и регистрации ПСНД (фиг. 1). Для определения коэффициентов в процессе выплавки стали отбирали пробы шлака перед удалением шлака окислительного периода и в конце восстановительного периода (перед выпуском плавки в ковш). В момент отбора проб фиксировали величину ПСНД.

Определив в пробах шлака содержание FeO, обработали полученную информацию (см. таблицу) по программе "Статграф" на персональном компьютере РС1 "Оливетти".

В результате проведенной статобработки было определено линейное уравнение регрессии:
(FeO) 0,575U_ПСНД + 1,405 при коэффициенте корреляции ч 0,777 (фиг. 2).

В дальнейшем по величине ПСНД в различные периоды плавки определяли содержание FeO в шлаке, в соответствии с которым проводили раскисление.

Для выплавки другой марки стали или при смене условий выплавки необходимо вновь опытным путем определить коэффициенты линейной зависимости FeO и U_ПСНД.

При выплавке сплавов не на железной основе кислородный потенциал будут характеризовать другие окислы, например, Сr₂O₃ при выплавке сплавов из никелевой или кобальтовой основы.

Предлагаемый способ оценки кислородного потенциала шлака прост, не требует сложного и дорогостоящего оборудования. Использование способа позволяет при минимальном расходе раскислителей наиболее полно раскислять окислительные шлаки, а значит полнее восстанавливать окислы хрома, ванадия, молибдена и вольфрама, что ведет к экономии ферросплавов и раскислителей, а также качественнее проводить экстракционное раскисление в восстановительный период, т. е. стабильно получать низкий уровень кислорода в готовом металле, что улучшает его качество.

Использование: в металлургии, в частности в методах контроля содержания кислорода в шлаке. Сущность изобретения: способ заключается в том, что замеряют и регистрируют в качестве сторонних электрических сил постоянную составляющую напряжения дуги (ПСНД), предварительно выделив ее с одной из фаз. На опытных плавках определяют зависимость ПСНД от содержания FeO в шлаке. Оценку кислородного потенциала осуществляют по содержанию FeO в шлаке, которое определяют по формуле (FeO) = aU+b, где U - ПСНД; a и b - постоянные коэффициенты. Способ прост, не требует сложного и дорогостоящего оборудования. 1 з. п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ оценки кислородного потенциала шлака при выплавке сплавов на основе железа в электродуговых печах переменного тока, включающий замер и регистрацию сторонних электрических сил, отличающийся тем, что в качестве сторонних электрических сил замеряют постоянную составляющую напряжения дуги, предварительно выделив ее с одной из фаз, на опытных плавках определяют зависимость постоянной составляющей напряжения дуги от содержания FeO в шлаке, а кислородный потенциал шлака на текущих плавках оценивают по значению постоянной составляющей напряжения дуги. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что FeO в шлаке определяют по следующему соотношению: |FeO|=aU + b, где U постоянная составляющая напряжения дуги; a и b посоянные коэффициенты.