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

В настоящее время кипящую сталь выплавляют с содержанием углерода от 0,02 до 0,27%. Раскисляют главным образом марган­ цем, его содержание колеблется в пределах 0,25—0,60%. В отдель­ ных случаях кипящую сталь дополнительно раскисляют алюминием (до 100 г/т) и ферросилицием. Содержание кремния в готовой стали при этом не должно превышать 0,07%. В качественной кипящей стали содержание серы и фосфора оговаривается не выше 0,040%.

Низкое содержание углерода и отсутствие, кроме марганца, примесей, повышающих прочностные характеристики стали, обеспе­ чивает высокие пластические свойства кипящей стали. Однако в ки­ пящей стали нет таких примесей, как Al, Ti идр., которые образуют прочные нитриды. Поэтому при длительном вылеживании кипящей стали из раствора начинают выделяться по границам зерен нитриды железа. Пластические свойства стали падают, сталь «стареет». Ста­ рение кипящей стали является крупным ее недостатком. Кипящую сталь преимущественно выплавляют в мартеновских печах и кон­ вертерах и лишь в редких случаях — в электропечах.

Спокойная сталь после раскисления должна содержать такое количество растворенного кислорода, которое исключило бы его взаимодействие с углеродом металла во время разливки и кристал­ лизации стали. Спокойную сталь, выплавленную в основном стале­ плавильном агрегате, обычно раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. По химическому составу спокойную сталь разделяют на углеродистую и легированную. Углеродистая сталь делится в свою очередь на низкоуглеродистую (менее 0,25% С), средне­ углеродистую (0,26—0,60% С) и высокоуглеродистую (до 2% С). Обычно в углеродистой стали содержится 0,17—0,37% Si и 0,35— 0,80% Мп. Для маркировки качественной углеродистой стали по отечественным ГОСТам принята числовая маркировка, представ­ ляющая среднее содержание углерода в стали, умноженное на 100 или на 10 для высокоуглеродистых сталей (табл. 47). Иногда допол­ нительно около марки ставят индекс, указывающий на ее назначе­

Полуспокойная сталь по степени раскисленности занимает сред­ нее положение между кипящей и спокойной сталью. При кристалли­ зации полуспокойной стали выделяется небольшое количество окиси

293

углерода, достаточное, однако, для устранения образования сосре­ доточенной усадочной раковины. Выход годного из слитков полуспокойной стали достигает 90% и более, что больше, чем выход из слитков кипящей и тем более спокойной стали. Поэтому в послед­ ние годы выплавка полуспокойной стали заметно возросла. Полуспокойная сталь содержит до 0,50% С; 0,5—0,90% Мп; 0,05— 0,15% Si и выплавляется преимущественно в мартеновских печах и кислородных конвертерах.

4.ВЫПЛАВКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

СДВУМЯ ШЛАКАМИ

Выплавка углеродистой стали в электропечах с двумя шлаками проводится на свежей шихте с окислением и диффузионным раскис­ лением металла в печи под белым, слабокарбидным или известково­ глиноземистым шлаком. В предыдущих главах выплавка стали на свежей шихте рассматривалась преимущественно в применении к выплавке углеродистой стали. Поэтому ниже отмечены лишь основ­

прокатных цехов и на 10—15% из передельного чугуна. В качестве науглероживателя используется также кокс или электродный бой. Расчет шихты производят таким образом, чтобы содержание углерода по расплавлении было на 0,30—0,40% выше нижнего предела для стали данной марки. Плавление ведут форсированно с использо­ ванием кислородной или газо-кислородной продувки. Конец рас­ плавления устанавливают по состоянию ванны (отсутствие местного интенсивного кипения), прощупыванием шомполами и по темпера­ туре металла, которая должна быть не ниже 1550° С. Окислитель­ ный период заканчивается при содержании углерода в металле, рав­ ном нижнему пределу для данной марки стали или еще на 0,03— 0,05% ниже, и при содержании фосфора не более 0,015%. Темпера­ тура металла в конце окисления ванны должна быть не ниже 1630° С. После окончания присадок железной руды или продувки кислородом производится десятиминутная выдержка.

Вслучае, если восстановительный период проводят под белым шлаком, перед наведением рафинировочного шлака металл раски­ сляют ферромарганцем и кусковым ферросилицием или силикомарганцем из расчета введения 0,1 % Si в металл и марганца на нижний предел. Продолжительность рафинировки под белым шлаком состав­ ляет не менее 40 мин, под карбидным шлаком — примерно 1 —1,5 ч. Окончательно металл раскисляют либо полностью алюминием на штангах за 3—5 мин до выпуска, либо часть алюминия заменяют силикокальцием.

Ввосстановительный период желательно перемешивание металла

.при помощи установки электромагнитного перемешивания. Так, например, на 100-т электропечах Ново-Липецкого завода установки электромагнитного перемешивания включают в следующие моменты:

294

г) за 5 мин до взятия проб и замера температуры.

Такой режим работы установки электромагнитного перемешива­

При использовании относительно чистой по содержанию серы и фосфору металлической шихты выплавка углеродистой стали в дуго­ вой электропечи может быть налажена без полного скачивания окис­ лительного шлака. Это так называемая технология выплавки стали с одним шлаком. Такая технология получила широкое распростра­ нение на зарубежных заводах отчасти по той причине, что дуговые электропечи широко используют для выплавки углеродистой в том числе кипящей и полуспокойной стали.

Подобная технология выплавки малоуглеродистой стали в элек­ тропечах находит применение и в СССР. Плавки проводят на све­ жей шихте с окислением.

После достижения необходимой температуры металла и проведе­ ния процесса дефосфорации и отчасти десульфурации металла плавка выпускается. Металл раскисляют при выпуске присадкой ферро­ алюминия, содержащего 30—35% А1, ферромарганца и ферросили­ ция. Длительность плавки и расход электроэнергии при такой тех­ нологии сокращаются.

6 . СОРТАМЕНТ И ВЫПЛАВКА ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

Легированной называется сталь, содержащая, помимо углерода, еще и другие компоненты. Низколегированная сталь содержит ме­ нее 2,5% легирующих компонентов (кроме углерода), среднелегиро­ ванная— от 2,5 до 10,0% и высоколегированная — более 10%.

По отечественным ГОСТам для маркировки легированной стали принято преимущественно буквенно-цифровое обозначение. Каждый легирующий элемент обозначается определенной буквой; например алюминий обозначается буквой Ю, марганец — Г, кремний — С, хром — X, ванадий — Ф, вольфрам — В, никель — Н, молибден — М и т. д. После легирующего элемента ставится среднее его содер­ жание в процентах, округленное до целых чисел. Первые две цифры — среднее содержание углерода, умноженное на 100 или 10. В конце марки стали, характеризующейся пониженным содержанием серы, фосфора и кислорода ставится буква А. Например, сталь марки 25Х2Н4ВА содержит: 0,21—0,28% С; 0,17—0,37% Si; 0,25— 0,55% Мп; 1,35—1,65% Сг; 4,00—4,40% №; 0,80—1,20% W; <0,030% S и <0,030% Р.

Иногда в обозначении марки стали включается ее назначение, например ШХ15 — шарикоподшипниковая сталь. В табл. 48 при­ ведены составы некоторых легированных сталей.

295

По назначению легированная сталь,так же как и углеродистая, может быть строительной, машиностроительной и инструментальной. Подавляющее число легированных сталей относится к сталям и сплавам с особыми свойствами.

При подготовке к плавке легированной стали в дуговых элек­ тропечах необходимо особое внимание обращать на исходные мате­

за собой в большинстве случаев окончательный брак. Имеется много близких по составу углеродистых, сталей, позволяющих в известных пределах переназначать марку стали. Для легированной и особенно высоколегированной стали таких возможностей значительно меньше. Поэтому и используемый металлический лом должен соответствовать заданному составу металла с учетом примесей, вносимых ферроспла­ вами. Большинство легированных сталей являются флокеночувствительными. Поэтому все исходные материалы должны быть хо­ рошо просушены и прокалены. Ферросплавы, вносимые в жидкий металл в больших количествах, необходимо присаживать в нагре­ том докрасна состоянии.

Продолжительность плавки легированной стали в ряде случаев больше, чем углеродистой. К тому же плавку необходимо вести при значительной тепловой нагрузке. Эти обстоятельства оказывают отрицательное влияние на стойкость футеровки печи. Поэтому при выплавке легированных сталей необходимо учитывать состояние печи и не назначать плавки с повышенной тепловой нагрузкой как по температурному режиму, так и по продолжительности в начале и к концу кампании по стенам. После холодного ремонта следует вы­ плавлять сталь менее ответственного назначения или шихтовую болванку (2—5 плавок).

В случае большого удельного веса в сортаменте цеха одной марки или группы близких по составу сталей их необходимо выплавлять на специализированной печи, так как в этом случае заметно улуч­

296

шаются технико-экономические показатели производства стали. По возможности необходимо также специализировать печи на пе­ реплавных плавках. Если по балансу металлического лома этого сделать не удается, то необходимо проводить выплавку методом пе­ реплава по кампаниям.

Шихтовку переплавных плавок следует производить из расчета максимального использования легированных отходов. Для пониже­ ния содержания углерода в шихту вводят отходы собственного про­ изводства с низким содержанием серы и фосфора или специально выплавляемое мягкое железо.

Особенности выплавки некоторых групп сталей будут рассмотрены ниже. Специфическим моментом выплавки легированных сталей является доведение состава по содержанию легирующих элементов до заданного.

7. ПОРЯДОК ПРИСАДКИ ЛЕГИРУЮЩИХ ДОБАВОК

Перед началом плавки необходимо иметь точный химический со­ став всех применяемых ферросплавов. Момент присадки того или другого ферросплава определяется его сродством к кислороду; кроме того, необходимо учитывать количество тепла, затрачиваемого на расплавление и нагрев той или иной порции ферросплавов. Ферро­ сплавы с высокой температурой плавления вносят при прочих рав­ ных условиях раньше. Если расходуется большое количество фер­ росплавов, то их также надо вносить раньше.

Основное количество феррохрома при выплавке с окислением присаживают как в раскисленный, так и нераскисленный металл после наводки шлака. При выплавке высокохромистых сталей фер­ рохром следует присаживать в нагретом (докрасна) состоянии в на­ чале периода рафинирования. Часть хрома окисляется и окислы хрома придают шлаку зеленый оттенок. При раскислении шлака восстановителями часть окислов хрома восстанавливается, и шлак вновь приобретает светлую окраску. Усвоение хрома принимается равным 98%.

Никель в условиях электропечи не окисляется и его загружают в завалку по расчету на нижний предел заданного химического со­ става с учетом содержания его в металлической шихте. Электроли­ тический никель содержит много водорода (до 100 см3/100 г), а гра­ нулированный никель — влагу. Ранняя присадка никеля с последую­ щим хорошим кипением ванны, особенно при применении кислорода, способствует удалению водорода из металла. Корректировка хорошо прокаленным никелем осуществляется не позже, чем за 10—20 мин до выпуска. Усвоение никеля металлом составляет практически 100%. В случае выплавки сплавов с высоким содержанием никеля (60% и более) около 4% Ni испаряется под дугами во время плавления шихты. Иногда легирование металла никелем производят закисью никеля, которая присаживается в завалку или в окислительный пе­ риод. Никель на 100% восстанавливается из закиси.

Молибден, так же как и никель, практически не окисляется в электросталеплавильной ванне. Поэтому на плавках с окислением

297