Применение радиоактивных изотопов для исследований в сталеплавильном производстве

Процессы выплавки стали также широко изучаются с помощью метода радиоактивных изотопов. С помощью изотопов изучали скорости плавления лома и шлако­образования в мартеновских печах и кислородных кон­вертерах, интенсивность перемешивания и направлен­ности потоков расплава в ванне мартеновской печи, скорость окисления углерода на ошлакованной и неошлакованной поверхности огнеупоров и т. д.

Время плавления лома в различных сталеплавиль­ных агрегатах составляет значительную долю продолжи­тельности всей плавки (до 40-60% общей продолжительности). До появления метода радиоиндикаторов в литературе отсутствовали какие-либо эксперименталь­ные данные по вопросу плавления металлошихты. В про­изводственных условиях момент окончания расплавления металлошихты определяли весьма условно, например, в мартеновской печи по прекращению известкового кипения.

В опытах, проводившихся в промышленных агрегатах, изменение массы жидкого металла в любой момент времени определяли по уменьшению концентрации изотопа в пробах. В качестве примера на рис. 8.2. для одной из плавок, проведенной с изотопом кобальта-60 в 140-т мартеновской печи Донецкого ме­таллургического завода показан ха­рактер уменьшения интенсивности излучения проб (а) и увеличения расчет­ной массы распла­вившегося скрапа (б) во времени.

Плавление лома в 120-т кислородном конвертере методом радиоактивных вставок изучили на Мариупольском комбинате им. Ильича. Закономерности кинетики плавления лома в виде сплошных массивных заготовок имеют зна­чение для определения максимальной предельной толщин­ы стальной шихты, проплавляемой за время продув­ки. В стальной болванке диаметром 160 - 190 мм и длинной 250 - 400 мм высверливали отверстие, в которое заделывали изотоп фосфора-32 или стронция-89. По времени между моментами ввода болванки в конвертер и моментом появления радиоактивности в шлаке определяли скорость плавления. Получили, что средняя скорость плавления такой болванки составляет около 330 мм/ч.

Результаты изучения скорости плавления лома в кислородных конвертерах и мартеновских печах используются при разработке мероприятий по сокращению продолжительности плавок металла. Сокращение периода плавки позволяет увеличить число плавок в сутки и увеличить производительность цеха.

При определении скорости шлакообразования, как и при изучениии процессов плавления лома, применяют методы изотопного разбавления и радиоактивных вставок.

Изотоп кальция-45 (стронция-89 и т. д.) вводят в ванну мартеновской печи или конвертера и по изменению концентрации изотопа в пробах определяют изменение массы шлака и скорость шлакообразования. Кривая изменения радиоактивности шлака с течением времени подобна кривой радиоактивности проб металла при изучении плавления лома в мартеновской печи (см. рис. 8.2). Было найдено, что в основных

Рисунок 8.2 – Зависимость интенсивности излучения проб (а) и массы расплавившегося скрапа (б) от времени

Рисунок 8.3 – Фотография авторадиограммы среднего поперечного темплета листового слитка массой 20 т

мартеновских печах и кислородных конвертерах скорость шлакообразования определяется скоростью растворения извести в расплаве окислов железа, кремния и марганца. Между скоростями плавления лома и шлакообразования существует прямопропорциональная зависимость: все факторы, ускоряющие плавление лома (см. выше), приводят к ускорению процессов формирования шлака. Последнее объясняется очевидно, тем, что скорость всех процессов в ванне определяется тепловой мощностью печи или скоростью нагрева ванны.