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

марганец и в 2—3 приема металл легируют хромом путем присадки феррохрома. В остальном технология выплавЙ! аналогична варианту выплавки на легированных отходах с окислением кислородом.

К тому же кислые шлаки по сравнению с основными менее электропроводны. Поэтому электрические дуги в кислых печах короче и часть мощности выделяется непосредственно в шлаке. Сказанное обеспечивает более легкий и быстрый нагрев металла до нужной тем­ пературы.

2. Кислая футеровка отличается более высокой стойкостью особенно при выплавке с большими перерывами. Литейные цехи в большинстве случаев работают с одним или двумя циклами в сутки. При частых нагревах и охлаждении магнезитовая футеровка быстро растрескивается, динасовый же кирпич в этом отношении более стоек.

3. Технико-экономические показатели у кислых печей выше из-за меньшей продолжительности плавки, меньшего расхода шла­ кообразующих и электроэнергии, а также вследствии упрощения шлакоуборки.

Главный недостаток кислых электропечей заключается в том, что в них нельзя удалять серу и фосфор из металла, и содержание этих элементов определяется полностью их содержанием в исходных материалах. Поэтому для выплавки стали в кислых электропечах необходимо использовать низкофосфористую и иизкосернистую шихту, возможности обеспечения которой весьма ограничены.

В кислых электропечах, особенно при выплавке высокомарган­ цовистой стали, из футеровки восстанавливается много кремния и его содержание может превысить допустимое. Поэтому в некото­ рых случаях предпочитают и для фасонного литья применять основ­ ные электропечи.

1. ЗАГРУЗКА ШИХТЫ И ПЛАВЛЕНИЕ

При использовании в шихте собственных отходов содержание серы и фосфора в стали будет непрерывно повышаться. Поэтому наряду с отходами собственного производства в шихту используют низкофосфористые и низкосернистые отходы углеродистой стали, выплавленной в основных мартеновских или электродуговых печах. Обычно количество собственных отходов и в шихте не превышает половины. Содержание серы и фосфора в шихте должно быть хотя бы на 0,01% меньше, чем в готовом металле.

311

Основные окислы (железа, кальция и т. д.) энергично взаимодей­ ствуют с футеровкой кислой электропечи. Поэтому использование ржавой стружки и лома должно быть исключено.

Шихту рассчитывают так, чтобы содержание углерода в металле по расплавлении было бы на 0,1—0,2% выше заданного. При необхо­ димости в качестве науглероживателя в шихту используют кокс, электродный бой или чугун.

Для предохранения железа в процессе плавления от чрезмерного окисления и для образования достаточного количества шлака в шихте должно содержаться не менее 0,5—0,4% Мп и Si (каждого по отдель­ ности). Иногда для повышения содержания указанных элементов в шихте в печь загружают некоторое количество отходов кремнистой или кремнемарганцовистой стали или кремнистый чугун и ферромар­ ганец.

В кислой электропечи не проводят процессы дефосфорации и де­ сульфурации металла. Поэтому длительность плавки в решающей степени зависит от продолжительности загрузки и плавления. Желательна загрузка сверху с помощью корзин и правильный под­ бор и распределение в печи шихты по габариту. Крупный лом необ­ ходимо загружать в зону непосредственного действия электрических дуг, т. е. в центре печи сверху. Мелкий лом загружают на подину. Масса отдельных кусков шихты, например в 10-т печи, не должна превышать 200 кг.

Расплавление ведут при максимальной подводимой мощности. Характер плавления шихты примерно такой же, как и в основной печи. Шихта плавится в первую очередь под электродами с образо­ ванием колодцев. При малом количестве образующего жидкого ме­ талла и низком расположении электродов электрическая дуга может воздействовать непосредственно на футеровку печи. Кремнезем футе­ ровки при этом испаряется и восстанавливается, из печи выделяется белый дым и хлопья SiO и SiO2При появлении белого дыма необхо­ димо поднять электроды и столкнуть шихту в образовавшиеся ко­ лодцы или завалить в них мелкий лом.

В процессе плавления куски шихты иногда свариваются с образо­ ванием мостов. Такие мосты следует разрушать и сталкивать обломки под электроды. Для ускорения расплавления целесообразно прово­ дить подрезку шихты кислородом.

В процессе плавления частично окисляются примеси шихты (Si, Мп и т. д.) и железо с образованием шлака. Образующиеся основные окислы шлака МпО, FeO и т. д. взаимодействуют с футе­ ровкой подины и откосов, что приводит к обогащению шлака крем­ неземом. Однако количество такого самородного шлака относительно небольшое, часто он не покрывает поверхность металла в ванне. Поэтому в печь в завалку или во время плавления присаживают оборотный шлак или бой шамотного кирпича в количестве 1—3% от массы шихты. Образующийся к концу плавления шлак содержит

40—50% S i0 2, 15—30% FeO, 10—30% МпО, 2—6% А120 3, 5—15%

прочие окислы.

3 1 2

2 . О К И С Л И Т Е Л Ь Н Ы Й П Е Р И О Д

Основные задачи окислительного периода в кислой электропечи сводятся к нагреву металла до необходимой температуры, окислению избыточного содержания углерода и частичной дегазации ме­ талла.

Углерод окисляется преимущественно за счет окислов железа шлака. В случае вялого кипения ванны в печь присаживают желез­ ную руду небольшими порциями (0,2% от массы металла). Излишне большие присадки железной руды приведут к значительному повы­ шению содержания FeO в шлаке и разрушению футеровки печи.

Шлак начала восстановительного периода содержит 45— 60% S i0 2, 30—40% FeO и 15—25% МпО. Закись железа и марганца кислого шлака соединяется с кремнеземом с образованием силика­ тов железа и марганца, которые не реагируют с углеродом металла. Поэтому несмотря на высокое содержание закиси железа в кислом шлаке, скорость окисления углерода в кислой электропечи меньше, чем в основной, примерно в два раза (в основной она не ниже 0,3%/ч,

а в кислой 0,15—0,20%/ч).

Окислительную способность кислого шлака иногда увеличивают небольшими присадками извести. Окись кальция связывает часть кремнезема в силикаты кальция, что приводит к освобождению закиси железа из силикатов, поскольку окись кальция характери­ зуется более основными свойствами.

Железистый шлак взаимодействует с футеровкой печи, что при­ водит к постепенному повышению в шлаке содержания S i0 2 и к концу окислительного периода содержание его в шлаке возрастает до 56— 60%. Это уменьшает жидкоподвижность шлака, увеличивает коли­ чество связанной закиси железа и снижает окислительную способ­ ность шлака. Скорость окисления углерода уменьшается.

При наличии шлака, насыщенного кремнеземом, получают раз­ витие реакции восстановления кремния как из шлака, так и из

Содержание кремния в металле обычно возрастает на 0,10—0,15%. При очень горячем ходе печи и повышенной вязкости шлака проис­ ходит интенсивное восстановление кремния и его содержание в ме­ талле может достичь 0,5%.

Жидкоподвижность, а следовательно, и в какой-то мере окисли­ тельную способность шлака по ходу плавки в кислой электропечи регулируют присадками извести и песка. Известь применяют для повышения жидкоподвижности, песок — для ее снижения.

При достижении содержания углерода в металле, близкого к за­ данному, присадку железной руды прекращают; при необходимости на шлак задают известь или известняк. Начинается период чистого кипения продолжительностью не менее 7—10 мин, после которого содержание углерода в металле (с учетом вносимого последующими порциями раскислителей углерода) должно обеспечить средний пре­

313

дел в заданной марке стали. Длительность окислительного периода при выплавке углеродистой стали составляет 20—40 мин, при вы­ плавке легированной стали 40—60 мин.

3. РАСКИСЛЕНИЕ СТАЛИ

В кислой электропечи углеродистую сталь обычно выплавляют без диффузионного раскисления в печи. Диффузионное раскисление применяется лишь иногда при выплавке легированной стали.

Раскисление углеродистой стали. В окислительный период металл частично раскисляется восстановившимся кремнием. В конце оки­ слительного периода в ванну присаживают ферромарганец. Повы­ шение содержания марганца в металле способствует восстановлению кремния до 0,2—0,3% по реакции

2 [Mn] + (Si02) = [Si] + 2 (MnO). (XXIV-2)

За 7—10 мин до выпуска в ванну присаживают ферросилиций для получения заданного содержания кремния; за 3—5 мин до вы­ пуска вводят ферромарганец для окончательной корректировки содержания марганца в металле.

При расчете необходимого количества ферросилиция и ферро­ марганца необходимо учитывать угар кремния (5—10%) и марганца (15—20%). Иногда ферромарганец при выплавке углеродистой стали присаживают в ковш. Угар марганца в этом случае не превышает 10%. Окончательно металл раскисляют алюминием в количестве 160—200 г/т при отливке слитков и 1—1,5 кг/т при использовании жидкой стали для фасонного литья. Причем 0,5—0,6 кг/т присажи­ вают во время выпуска, остальное — при разливке.

Раскисление легированной стали. При выплавке легированной стали в кислой электропечи содержание серы и фосфора в шихте не должно превышать 0,040%. При выплавке стали, содержащей никель и молибден, в завалку используют содержащие указанные элементы отходы, что уменьшает расход легирующих присадок. Расплавление ведут, как и при выплавке углеродистой стали. После расплавления отбирают пробу металла на полный химический ана­ лиз (С, Cr, Ni, Mo, Си, S, Р) и, если содержание серы и фосфора не превышает заданного, в ванну загружают при необходимости никель и ферровольфрам.

После проведения чистого кипения иногда проводят операцию «перекипа», для чего в ванну присаживают чугун или углеродистый ферромарганец (5—7 кг/т). После этих присадок ванна бурно вски­ пает, что способствует удалению газов.

Легированную сталь выплавляют иногда с удалением 60—80% окислительного шлака, что уменьшает угар легирующих элементов. Новый шлак наводят путем загрузки в печь смеси из 1—2% квар­ цевого песка и 0,5—1,0% извести или известняка.

Раскисление легированной стали в кислой электропечи может осуществляться либо диффузионным, либо глубинным методом. Если плавку проводят без диффузионного раскисления металла, то после окончания чистого кипения в ванну присаживают для пред­

314

верительного раскисления силикомарганец (2—4 кг/т) или ферро­ марганец и ферросилиций. После тщательного перемешивания ванны присаживают феррохром на нижний предел. Не позже чем за 10 мин до выпуска присаживают ферросилиций для легирования стали. Ферромарганец для легирования присаживают непосредственно

непосредственно перед выпуском. Окончательно металл раскисляют при выпуске алюминием (до 1 кг/т) и силикокальцием (до 2—3 кг/т).

Для примера в табл. 51 приведена длительность плавок сталей различных марок в кислых электропечах емкостью 7 т по данным одного из уральских машиностроительных заводов. Производитель­ ность кислой электропечи на 15—30% выше производительности основной печи.

4. ПРОДУВКА ВАННЫ КИСЛОРОДОМ

Для интенсификации процесса плавки в кислых электропечах применяют газообразный кислород. Его удельный расход колеблется в пределах 3—6 м3/т жидкой стали. Скорость окисления углерода при продувке ванны кислородом обычно составляет 0,05—0,08%/мин. После расплавления необходимо окислить около 0,2% С. Такое количество углерода может быть окислено за 2—3 мин. После окон­ чания продувки отбирают пробу металла, и при удовлетворительных результатах анализа ванну раскисляют и выпускают плавку. Произ­ водительность печи при продувке ванны кислородом возрастает на 15—20%, расход электроэнергии снижается на 20%.

315