Окисление кремния.

Из перечисленных элементов наиболь­
шим сродством к кислороду отличается кремний; он окис­
ляется в основной мартеновской печи почти полностью еще
во время плавления в результате взаимодействия с кислоро­
дом атмосферы по реакции [Si] + 0_2газ = (Si0₂) или с
окислами железа шлака по реакции [Si] + 2(FeO) = (Si0₂) +
+ 2Ре_ж. Параллельно с окислением кремния происходит обра­
зование силикатов железа (FeO)₂ • Si0₂, являющихся сос­
тавной частью первичного шлака. Окисление кремния и обра­
зование силикатов сопровождается выделением тепла, что
ускоряет процесс плавления металла. В основном процессе
реакция окисления кремния практически необратима, так как
по мере растворения извести в шлаке происходит образова­
ние прочных силикатов кальция, протекающее по реакции
(FeO)₂ ■ Si0₂ + 2(CaO) = (СаО)₂ • Si0₂ + 2(FeO), и актив-

ность (Si0₂) становится ничтожно малой.

Окисление и восстановление марганца. Марганец (как и кремний) Легко окисляется, взаимодействуя с кислородом атмосферы и с окислением железа шлака:

[Мп] + 1/20_2газ = (МпО); [Мп] + (FeO) = (МпО) + Ґе_ж.

При окислении марганца также выделяется тепло. Однако реакция окисления марганца в основной печи протекает не до конца. При повышении температуры может протекать обратная реакция — восстановление марганца из шлака.

При высоких температурах марганец может восстанавли­ваться углеродом или железом:

(МпО) + [С] = [Мп] + СО_газ; (МпО) + Fe*

= [Мп] + (FeO).

Чем выше температура, тем более благоприятными оказывают­ся условия для восстановления марганца.

Практически всегда в конце плавки, если температура ванны достаточно высока, марганец восстанавливается из

шлака. Поэтому его называют иногда "пирометром" мартенов­ского процесса: если плавка идет горячо, концентрация марганца в металле постепенно возрастает, если же концен­трация марганца понижается, то это говорит о том, что ванна становится холодной и возможно возникновение брака.

Окисление фосфора. Одновременно с кремнием и марганцем в мартеновской печи в начале плавки энергично окисляется фосфор. Для сталей большинства марок фосфор является вредной примесью, так как он ухудшает пластические свойства стали, повышает ее хрупкость (особенно при низ­ких температурах), поэтому наиболее полному удалению его из металла уделяется особое внимание.

Удаление фосфора из металла в мартеновской печи схема­тично (условно) можно представить себе в следующей после­довательности:

2[Р] + 5(FeO) = (Р₂0₅) + 5Fe_A;

P₂O_s + 3(FeO) = (FeO)3 • P₂O_s;

(FeO)₃ • P₂Qj + 4(СаО) - (СаО)₄ • P₂O_s + 3(FeO)

2[Р] + 5(FeO) + 4(СаО) = (СаО)₄ • P₂O_s + 5Fe*

Как отмечалось ранее, для успешного протекания процес­са дефосфорации необходимо, чтобы обеспечивались:

1) наличие железисто-известкового шлака;

2) умеренные температуры;

3) минимум фосфора в шлаке и минимальная активность его соединений в шлаке.

Практически фосфор стремятся удалить из металла во время периода плавления и первой половины периода кипе­ния, т.е. тогда, когда металл еще сильно не нагрелся. Для создания железистоизвесткового шлака присаживают железную руду (или окалину, или агломерат) и известь или извест­няк. Для уменьшения активности соединений фосфора в шлаке стремятся, чтобы шлак был высокоосновным, тогда фосфор находится в виде прочного соединения типа (СаО)₄ • Р₂0₅; во многих случаях для целей дефосфорации проводят скачи­вание шлака, после чего наводят новый шлак. Если в ре­зультате такой операции фосфор удалился недостаточно, операцию скачивания и смены шлака повторяют дважды и три­жды. Обычно для удаления фосфора до 0,010—0,015 % доста­точно однократного скачивания шлака, но если фосфора в

шихте много, то однократное скачивание шлака оказывается недостаточным.

Скачивание шлака — операция сложная, многократное же скачивание шлака из мартеновской печи очень затруднитель­но, поэтому высокофосфористую шихту предпочитают перера­батывать в качающихся мартеновских печах.

В отличие от обычных стационарных печей рабочее прост­ранство качающихся печей можно поворачивать относительно продольной оси. Печь можно наклонять в сторону выпускного отверстия примерно на 30—35° и в сторону печного пролета (в сторону передней стенки) на 15°, что значительно облегчает скачивание шлака. Головки печи неподвижны, меж­ду неподвижными головками и "качающимся" рабочим прост­ранством оставляют зазор, размеры которого должны быть очень малыми. Однако мартеновская печь, вмещающая нес­колько сотен тонн металла, — агрегат очень громоздкий и зазор на практике получается довольно значительным.

Через зазор подсасывается холодный воздух, что приво­дит к увеличению расхода топлива и удлинению плавки. Кро­ме того, стойкость огнеупоров качающихся печей ниже, чем стационарных. Поэтому качающиеся печи строят тогда, когда применение стационарных печей или затруднено, или невоз­можно. К таким случаям прежде всего относится передел высокофосфористых чугунов, т.е. такой случай, когда для получения качественной стали с низким содержанием фосфора необходимо многократно скачивать шлак.

Удаление серы. Как указывалось выше, для успешного удаления серы из металла в шлак необходимы следующие условия: 1) высокая основность шлака, достигаемая подсад­ками извести; 2) невысокая концентрация оксидов железа в шлаке; 3) высокая температура; 4) увеличение поверхности раздела шлак—металл, достигаемое усилением перемешивания ванны; 5) низкая концентрация серы в шлаке, достигаемая скачиванием шлака и наведением нового или увеличением ко­личества щлака в печи.

Вследствие высокого содержания в мартеновских шлаках оксидов железа процесс десульфурации приобретает ограни­ченное развитие. Коэффициент распределения серы 7} = = (S)/[S] очень невелик и составляет обычно 3—10. При обычной шихте получение в готовой стали менее 0,040 % S

(требование ГОСТа для большинства марок) особых труднос­тей не представляет. Однако получение очень низких кон­центраций серы в ряде случаев затруднительно. В связи с этим при выплавке стали с особо низким содержанием серы операцию удаления серы переносят в ковш (см. раздел "Вне-печная обработка стали").

Особое внимание следует обращать на содержание серы в топливе, так как при большом ее количестве возможно обо­гащение металла серой. Применяемый для отопления коксовый газ обязательно подвергают сероочистке. Допустимое содер­жание серы в нем не должно превышать 2 г/м³. Мазут для отопления мартеновских печей применяют низкосернистый. Наиболее чистым (по содержанию серы) топливом является природный газ.