Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

Технологическими инструкциями на каждом заводе, для каждой группы печей по емкости и для каждой группы сталей по маркам оговаривается температура металла в каждый момент восстанови­ тельного периода. В табл. 45 для примера приведены значения тем­ ператур металла после наводки основного шлака и перед выпуском, оговоренные технологическими инструкциями Златоустовского ме­ таллургического завода для некоторых групп марок стали.

Особенно важно выдержать рекомендуемую технологическими инструкциями температуру металла перед выпуском. Если она ока­ жется выше необходимой, печь на некоторое время отключают, а при холодном металле ванну подогревают.

В последнее время в промышленном масштабе опробован непре­ рывный метод замера температуры металла в течение плавки. В этом случае для защиты горячего спая термопары можно применять двой­ ной колпачок: внешний металлокерамический, внутренний алундовый с засыпкой между ними глинозема. Термопара устанавливается в футеровке электропечи с выводом колпачка в ванну.

Плавку выпускают после того, как металл в печи доведен до требуемых параметров по температуре, раскисленности и имеет химический состав в пределах заданного анализа, кроме специально оговоренных случаев в технологических инструкциях, когда неко­ торые элементы присаживаются в ковш. Металл следует выпускать только при наличии жидкоподвижного шлака. Если шлак недоста­ точно жидкоподвижен, то производится присадка в печь плавико­ вого шпата или шамотного порошка. Выпускать металл из печи под чрезмерно жидким шлаком также не следует, так как возникает опасность разъедания стопорных катушек. В случае выпуска ме­ талла из печи под излишне жидким шлаком его необходимо загустить известью, забрасывая ее к стопору. Слив металла из печи должен производиться компактной струей, что уменьшает окисление металла кислородом атмосферного воздуха.

284

Возможны три варианта выпуска металла из печи:

1) выпуск части шлака в ковш, затем металла и оставшегося шлака;

2) выпуск металла совместно со шлаком;

3) выпуск сперва металла, затем шлака.

При первых двух вариантах металл в ковше тесно перемешивается со шлаком, дополнительно обрабатывается им. Это способствует увеличению степени обессеривания и раскисления металла. Поэтому обработка металла в ковше собственным шлаком в последнее время широко практикуется на отечественных заводах.

10. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПЕРИОДА

Доля восстановительного периода в общей длительности плавки> как правило, имеет тенденцию уменьшаться с увеличением емкости электропечи с 25—45% для 11-т печей до 15—20% для 80—100-т. Минимальная доля восстановительного периода наблюдается при выплавке инструментальной стали, максимальная — для мелких печей при выплавке высокоуглеродистой стали методом переплава, для крупных печей — при выплавке той же марки стали на свежей шихте.

Абсолютная продолжительность рассматриваемого периода плавки отражает ту же зависимость от емкости печи, т. е. умень­ шается с увеличением емкости печи, составляя, по данным отече­ ственных заводов, 50 мин — 2 ч 10 мин в печах емкостью 5—20 т

и 50—60 мин в 80—100-т печах.

Длительность восстановительного периода из всех периодов плавки наиболее строго оговаривается технологической инструк­ цией. В то же время наблюдается заметное различие в требованиях технологических инструкций на разных отечественных заводах по длительности рассматриваемого периода. Это обстоятельство ука­ зывает на наличие определенных резервов сокращения длительности всей плавки на некоторых заводах.1

11.ОБРАБОТКА СТАЛИ ШЛАКОМ И ПОРОШКООБРАЗН ЫМИ СМЕСЯМИ

Обработка стали синтетическим шлаком. Метод обработки стали синтетическим шлаком был предложен в 1925 г. А. С. Точинским. В 30-х годах синтетические шлаки для обработки стали нашли при­ менение в практике зарубежных заводов, преимущественно во Фран­ ции. В Советском Союзе к широкому опробованию обработки стали синтетическим шлаком приступили в начале 50-х годов под руковод­ ством С. Г. Воинова.

По этому способу синтетический известково-глиноземистый шлак, приготовленный в специальной электродуговой плавильной печи, в количестве 3—5% от массы металла заливают в сталевыпускной ковш, в который затем выпускается металл. В связи с большой вы­ сотой падения металла он хорошо перемешивается со шлаком и в несколько сот или даже тысяч раз возрастает удельная поверхность

285

раздела металл—шлак. Это обстоятельство приводит к увеличению скорости протекания процессов между металлом и шлаком.

В связи с использованием фактически безжелезистого синтети­ ческого шлака кислород из металла переходит в шлак, т. е. обработка стали безжелезистым синтетическим шлаком является разновид­ ностью диффузионного раскисления металла. Одновременно с этим получает развитие процесс обессеривания металла. Поскольку про­ цесс десульфурации и раскисления металла частично переносится в ковш, восстановительный период может быть сокращен, и произ­ водительность электропечи в связи с этим возрастает на 10—15%.

В настоящее время синтетическим шлаком обрабатывается сталь, выплавляемая в электродуговых и мартеновских печах, а также кис­ лородных конвертерах на ряде отечественных заводов. Например, на Челябинском металлургическом заводе синтетическим шлаком обрабатывается сталь, выплавляемая в 100-т электропечах. В ка­ честве шихтовых материалов для выплавки синтетического шлака используют известь, электрокорунд и различные высокоглинозе­ мистые шлаки и отходы. В качестве шлакоплавильного агрегата применяется футерованная угольными блоками дуговая электро­ печь. Химический состав синтетического шлака колеблется в сле­

вплоть до восстановительного проводятся по обычной технологии. Изменяется только порядок раскисления металла. Перед скачиванием окислительного шлака производят предварительное раскисление металла передельным чугуном в количестве 2—5 кг/т, а после удале­ ния окислительного шлака ванну раскисляют алюминием на штанге (0,3—0,4 кг/т), ферросилицием и ферромарганцем (или силикомарганцем) из расчета введения в металл 0,15% Si. Затем заводится известковый или известково-глиноземистый шлак в количестве 0,8—1,2% от массы металла, под которым и производят корректи­ ровку состава металла до заданного. Окончательное раскисление металла производят в ковше. При такой технологии раскисления продолжительность восстановительного периода на 10—40 мин ко­ роче, чем на обычных плавках.

Расход синтетического шлака составляет 4—4,5% от массы ме­ талла. Во время обработки синтетическим шлаком из металла уда­ ляется 70—85% S и конечное ее содержание находится в пределах 0,003—0,006%, что в среднем в 2—3 раза ниже, чем при выплавке стали по обычной технологии. Одновременно снижается загрязнен­ ность стали неметаллическими включениями: средний балл по суль­ фидным включениям в стали, обработанной синтетическим шлаком, в 2—4 раза ниже, значительно ниже также средний балл по оксид­

286

тетическим шлаком, приводит к повышению пластических свойств металла особенно в поперечных относительно прокатки направле­ ниях и, как следствие, к уменьшению анизотропии свойств металла.

Таким образом, обработка стали синтетическим шлаком является радикальным способом повышения качества стали и одновременно увеличения производительности электропечи.

Однако в связи с необходимостью подготовки синтетического шлака задалживается дополнительный плавильный агрегат, увели­ чивается стоимость передела. Снижение стоимости обработки стали синтетическим шлаком возможно в первую очередь за счет уменьше­ ния себестоимости шлака. Так, на Челябинском металлургическом заводе себестоимость синтетического известково-глиноземистого шлака была снижена на 37% за счет замены в шихте технического глинозема высокоглиноземистым полупродуктом, а также благодаря повышению стойкости футеровки шлакоплавильной печи путем перехода с угольных блоков на медные холодильники с интенсив­ ным охлаждением водой и созданием гарниссажа. Стоимость обра­ ботки стали синтетическим шлаком может также заметно умень­ шиться при использовании отработанного известково-глиноземистого шлака в цементной промышленности.

Несмотря на возможность заметного снижения стоимости обра­ ботки стали синтетическим шлаком, стоимость стали возрастает, и поэтому в каждом конкретном случае целесообразность обработки стали синтетическим шлаком необходимо решать после всесторон­ него технико-экономического анализа.

Обработка стали собственным шлаком. В связи с малой поверх­ ностью контакта металла со шлаком, в восстановительный период в электропечи неполностью используется рафинирующая способ­ ность шлака. Поэтому определенный интерес в ряде случаев может представлять обработка стали собственным шлаком.

Подобная технология опробована на заводе «Днепроспецсталь». Состав конечного электропечного шлака был следующим: менее

0,5% FeO; 63—65% СаО + MgO; 31—34% S i02 + А120 3. Про­ должительность восстановительного периода в 50-т печи была сокра­ щена с 2 ч — 20 ч 40 мин до 1 ч 15 мин — 1 ч 30 мин. Содержание серы в металле во время слива металла и шлака в ковш снижалось в 2,5—2,9 раза.

Удовлетворительные результаты при выпуске высококремнистого металла из 100-т электропечи с опережением шлака были получены на Ново-Липецком металлургическом заводе. Во время выпуска трансформаторной стали содержание серы в среднем снижалось

с0,0135 до 0,0052%.

Вцелом обработка стали собственным шлаком является, без сомнения, дополнительным резервом как улучшения качества ме­ талла, так и повышения производительности печи.

Обработка стали пылеобразными материалами. Для ускорения

протекания реакций между металлом и шлаком, а также для более полного и быстрого усвоения вводимых элементов представляет определенный интерес вдувание непосредственно в ванну электро­

287

печи пылеобразных материалов с помощью газообразных носителей: азота, аргона, воздуха и кислорода.

По данным одного из французских заводов, при продувке ванны 20-т электропечи кислородом (2—3,5 м3/т) совместно с порошкообраз­ ной известью (14—31 кг/т) и плавиковым шпатом (до 7 кг/т) в тече­ ние 6—15 мин содержание фосфора и серы в металле снижалось соответственно с 0,031—0,078 до 0,005—0,018% и с 0,017—0,011 до

0,016—0,085%; одновременно на 2—3 см3/100 г уменьшалось содер­ жание водорода и на 0,002—0,005% — содержание азота.

Удовлетворительные результаты по десульфурации металла по­ рошкообразной известью с использованием воздуха в качестве газаносителя в 25-т электропечи при выплавке стали 40ХНМА получены на одном из отечественных заводов. Содержание серы в металле сни­ жалось с 0,013—0,019 до 0,05—0,010%. Расход извести составлял 15—25 кг/т, плавикового шпата 0—6 кг/т и алюминиевого порошка 0,8—2,5 кг/т. Продолжительность продувки колебалась в пределах

6,5—10 мин.

12. ПУТИ СОКРАЩЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПЕРИОДА

Углубленное изучение физико-химических процессов, протекаю­ щих в сталеплавильной ванне, позволяет наметить пути сокращения продолжительности восстановительного периода с одновременным улучшением качества готового металла. Такими путями являются:

1)применение электромагнитного перемешивания, повышающее перемешивание металла в ванне и ускоряющее протекание процес­ сов диффузионного раскисления и десульфурации, а также обеспе­ чивающее выравнивание температуры металла;

2)обработка стали синтетическим шлаком, при которой глубо­ кая десульфурация и раскисление металла переносятся в ковш, что

позволяет сократить длительность восстановительного периода; 3) обработка металла порошкообразными смесями, ускоряющая

десульфурацию и раскисление металла; 4) обработка металла собственным конечным шлаком, при кото­

ром полнее используется десульфурирующая способность шлака. Сокращение продолжительности раскисления металла достигается также применением комплексных раскислителей для глубинного раскисления. При присадке комплексных сплавов образуются окисные продукты раскисления преимущественно в жидком состоянии. Это облегчает их укрупнение и удаление из металла. В результате изменения природы и характера неметаллических включений, а также уменьшения содержания в стали можно ожидать улучшения качественных показателей металла. В практике электросталеплавиль­ ного производства находят широкое применение сплавы силикомарганец, силикокальций, силикокальций—марганец и др. Например, по данным Ф. П. Еднерала, использование указанных комплексных сплавов при выплавке мало- и среднеуглеродистой легированной стали в 10- и 25-т электропечах продолжительность восстановитель­ ного периода сократилась до 1 ч 20 мин вместо 2 ч в обычных плав-

2 8 8