Файл: Квитко, М. П. Кислородно-конвертерный процесс.pdf

Стали, содержащие до 1,5% Сг, выплавляют в опытном, полу­ промышленном и промышленном объеме как в СССР, так и за ру­ бежом. В СССР широкие исследования выплавки такого металла проведены на заводе им. Петровского [100]. В качестве наиболее представительных марок стали со сравнительно небольшим со­ держанием хрома были выбраны стали 10ХСНД и 14ХГС. Хими­ ческий состав металла по нормам ГОСТ приведен в табл. 75.

Никель и медь при выплавке стали 10ХСНД присаживали в конвертер до заливки чугуна. Технология плавки стали до мо­ мента раскисления и легирования практически не отличалась от технологии плавки обычной углеродистой стали. Единственным отличием было.то, что температуру выпуска металла поддерживали более высокой— порядка 1650° С, что на 20—30° С выше тем­ пературы выпуска обычных углеродистых сталей с тем же содержа­ нием углерода, так как при легировании требуется дополнитель­ ное количество тепла.

Для легирования металла хромом присаживали низкоуглеро­ дистый хром в конвертер после окончания продувки плавки (после достижения необходимого содержания углерода: 0,07'—0,08%). Перед присадками феррохрома (0,05% С, 71% Сг) из конвертера сливали шлак для предотвращения рефосфорации металла. Необ­ ходимо отметить, что продувку вели без скачивания промежуточ­ ного шлака по ходу плавки. Так как малоуглеродистый хром трудно растворяется в .металле, конвертер после присадки хрома покачивали в течение 5'—7 мин. Остальные раскислители и леги­ рующие добавки присаживали в ковш. Технология выплавки стали 14ХГС была аналогична описанной.

При таком методе легирования получено достаточно равномер­ ное распределение легирующих по высоте ковша и по слиткам в процессе разливки. Угар присадок феррохрома в конвертере не превышал угара в мартеновских печах.

274

Технологию, примененную при выплавке сталей 10ХСНД и 14ХГС, можно использовать для выплавки ряда марок с таким же содержанием хрома. Исследование качества металла показало аналогию свойств мартеновского и конвертерного металлов и со­ ответствие конвертерной стали всем требованиям стандартов. Недостатком технологии было довольно значительное, уменьше­ ние производительности конвертеров, поскольку затрачивалось время на растворение в металле низкоуглеродистого хрома. Продолжительность плавки была на 10 мин больше обычного цикла, причем основная часть времени приходилась на покачива­ ние конвертера для растворения феррохрома (7 мин).

Следует отметить, что определенных потерь производитель­ ности при выплавке хромсодержащих сталей избежать трудно.

содержании фосфора выше 0,1%. Это' установлено опытами по выплавке низколегированных сталей на Ново-Тульском металлур­ гическом заводе. На опытном конвертере выплавляли сталь ма­ рок 12 и 20ХМ, 20ХН, 20 и 40Х, 25ХГС и ЗОХГС. Была исполь­ зована установка непрерывной разливки конструкционных леги­ рованных сталей в кристаллизатор сечением 0,15x0,15 м и 0,25Х X 0,36 м.

Содержание фосфора в чугуне, заливаемом в конвертер, нахо­ дилось в пределах 0,15—0,20%. Первые же опытные плавки пока­ зали, что без скачивания промежуточного шлака нельзя достиг­ нуть необходимых низких концентраций фосфора в готовом ме­ талле. Поэтому было введено промежуточное скачивание шлака при содержании углерода 1,7—2,0%. При скачивании промежу­ точного шлака получение в готовой стали концентрации фосфора в среднем не выше 0,3% уже не представляло значительных труд­ ностей. Для легирования металла хромом, кремнием и марганцем присаживали феррохром, 75%-ный ферросилиций и ферромарга­ нец в ковш. Никель и медь, как и в опытах на заводе им. Петров­ ского, присаживали в конвертер перед Началом л родувки, молибден при выплавке стали 20 и ЗОХМ вводили как в конвертер, так и в ковш.

Присадка феррохрома в ковш позволила избежать длительной операции покачивания конвертера для расплавления хрома и несколько уменьшить величину его угара. Угар основных леги­ рующих элементов был следующим: 7,9*—22,8% Si, 0*—35,1% Мп и 10,3*—18,3% Сг. При нагреве ферросплавов в ковше пламенем газовых горелок феррохром расплавляется полностью. Нагрев осуществляют до температур порядка 803'—900° С. При этом до­ стигается равномерное распределение хрома, кремния и марганца в объеме ковша, отклонения концентраций этих элементов от сред­ ней величины не превышают погрешностей химического анализа.

Достаточно высокая однородность металла подтверждается также и результатами исследования механических свойств и макро­

структуры сортового проката и литых заготовок. Качество стали, выплавленной в кислородном конвертере, соответствует всем требованиям стандартов.

Необходимо отметить, однако, что ввод феррохрома в ковш требует обязательного подогрева его в ковшах перед плавкой или повышения температуры металла перед выпуском. Так, при леги­ ровании малоуглеродистым феррохромом в ковше стали ЗОХ—35Х для осевых заготовок периодического профиля наблюдались случаи неравномерного распределения хрома по длине раската слитков [102]. Поэтому исследована добавка комплексных ферро­ сплавов. При выборе комплексного ферросплава исходили из тре­ бования равенства соотношения компонентов В'ферросплаве соот­ ветствующему соотношению в готовой стали. Соотношение со­ держаний хрома и кремния в комплексном ферросплаве, изготов­ ляемом на Серовском заводе, было равно 3 : 1 (содержание хрома составляло 56,3%, кремния 17,0%).

Температура плавления комплексного ферросплава значи­ тельно ниже температуры плавления малоуглеродистого ферро­ хрома, что обеспечивает сравнительно быстрое растворение его в металле при сливе последнего в ковш. При использовании ком­ плексного ферросплава уменьшается также количество железа, вводимого в жидкий металл с ферросплавами, что также облег­ чает легирование.

Применение комплексного ферросплава позволило сократить общий расход ферросплавов, вводимых в ковш для легирования металла хромом и кремнием, на 3,6 кг на 1 т стали. Усвоение хрома было стабильным и более высоким, чем при легировании малоуглеродистым феррохромом. Так, при применении комплекс­ ного ферросплава степень усвоения хрома составила 98,8% про­ тив 92% на плавках с малоуглеродистым феррохромом. Хром и кремний распределялись в металле достаточно равномерно;— ко­ лебания содержаний хрома и кремния в пробах одной плавки, отбираемых из донной, средней и верхней частей ковша, не пре­ вышали соответственно 0,03^-0,04 и 0,01'— 0,02%. Таким образом, применение комплексного ферросплава обеспечивает равномерное распределение легирующих по высоте ковша и позволяет отка­ заться от длительной операции растворения ферросплавов в кон­ вертере при его покачивании.

Важнейшим недостатком комплексных раскислителей является то, что они пригодны для очень ограниченного круга марок стали, поэтому необходимо предусматривать различные их составы. Кроме того, применение комплексных ферросплавов не позволяет отказаться от перегрева металла, характерного при выпуске обычной углеродистой стали. Это в свою очередь ухудшает усло­ вия дефосфорации металла и несколько снижает количество лома, переплавляемого в конвертерах. Перспективным в этом отношении является, по-видимому, использование экзотермических ферро­ сплавов.

276

С этой точки зрения значительный интерес представляет опыт раскисления и легирования стали экзотермическими офлюсован­ ными ферросплавами в ковшах [103]. Опытные плавки хромсо­ держащих сталей 15Х‘—40Х проводили в 30-т мартеновской печи на заводе «Красный Октябрь». Легирующие присадки давали в ковш (на дно перед выпуском металла) в виде специальных брикетов, для изготовления которых использовали порошки фер­ росплавов, содержащих хром, марганец и кремний, а также по­ рошки флюсов и экзотермических компонентов (натриевую се­ литру, алюминий). В качестве флюсующих добавок применяли

уменьшить температуру выпус­ каемого металла (что особенно важно для конвертерного процесса),

но и несколько снизить угар хрома и других легирующих элемен­ тов, по сравнению с величиной, принятой в методике раскисления и легирования (с присадкой феррохрома в печь и предваритель­ ным раскислением металла в печи доменным ферросилицием). Дан­ ные, характеризующие угар легирующих элементов, приведены в табл. 76. При использовании брикетов не только уменьшается угар легирующих элементов, но и в значительной степени уда­ ляется сера, что обусловлено присутствием рафинировочного шлака в составе брикетов. Это представляет особый интерес, поскольку проблема удаления серы является одной из наиболее сложных для конвертерного процесса. Полученный в исследова­ нии металл отличался высокой химической однородностью <— от­ клонения от средней величины содержания отдельных элементов не превышали 0,02%. Раскисление и легирование офлюсованными брикетами позволило также несколько снизить общее количество неметаллических включений, что способствует улучшению ка­ чества металла.

Перечисленные достоинства позволяют рассматривать метод легирования офлюсованными экзотермическими брикетами как перспективный и заслуживающий широкого применения в кон­ вертерных цехах.

277

Из изложенного очевидно, что выплавка в конвертерах низко­ легированных хромистых сталей не является сложной проблемой при соответствующем выборе методов легирования. За рубежом технология выплавки низколегированных хромсодержащих сталей практически не отличается от технологии, принятой на отечествен­ ных заводах: также ограничивают содержание фосфора в чугуне, используемом для выплавки такой стали (0 ,1 %) и при необходи­ мости скачивают промежуточный шлак. Как правило, присадки феррохрома дают в ковш. На отдельных заводах для улучшения качества металла применяют порционное вакуумирование.

Более сложной задачей является выплавка нержавеющих ста­ лей. Основными трудностями выплавки нержавеющей стали в кон­ вертерах являются необходимость предотвращения рефосфорации при введении раскислителей, поддержание температуры на тре­ буемом уровне в период легирования и получение достаточно высо­ кой степени усвоения хрома.

Существует несколько способов выплавки нержавеющей стали, которые можно подразделить на две группы по характеру чугуна, продуваемого в конвертерах. К первой группе относятся методы, основанные на применении обычного передельного чугуна и леги­ ровании металла, подвергнутого продувке, до низких содержаний углерода с применением жидкой лигатуры или твердого ферро­ хрома и дополнительного нагрева ванны за счет тепла окисления кремния, присаживаемого одновременно с феррохромом (силикотермический метод— в этом случае «легирующая» продувка осу­ ществляется после присадки ферросилиция и феррохрома) или за счет тепла топлива.

Ко второй группе относятся методы, основанные на высокотем­ пературной продувке хромсодержащих чугунов.

В опытном конвертере НТМЗ опробована выплавка нержаве­ ющей стали по трем методам: смешение жидкого полупродукта из конвертера с лигатурой, получаемой" в электропечи; легирова­ ние твердым феррохромом и компенсация затрат тепла в резуль­ тате введения присадок и окисления кремния и легирование твер­ дым феррохромом и ввод в конвертер топлива.

Исследованиями установлено, что подогрев металла при по­ даче в конвертер топлива в струе кислорода наименее пригоден, так как даже при полном сгорании топлива происходит значи­ тельное увеличение окисленности-шлака. Шлак в этом случае содержит на 15—20% больше окислов железа. Так, в опытных плавках содержание закиси железа составило 38,9%, а коли­ чество общего железа было равно 42,5%, против 20 и 23% в обыч­ ных условиях. Высокая окисленность шлаков практически не дает возможности присаживать феррохром, что обусловлено очень большим угаром его. В техническом отношении этот метод также малоперспективен, поскольку использование тепла топлива при нагреве не превышает 25%, а время подачи топлива примерно равно продолжительности продувки.

278