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

Технологически наиболее прост вариант с присадками и по­ следующим окислением кремния. По этому варианту проведено две плавки стали 1X13 по следующей технологии. Обычный пере­ дельный чугун подвергали продувке в конвертере по обычной технологии, в качестве шлакообразующих применяли кусковую известь и плавиковый шпат. Для достижения низкого содержания фосфора перед присадками ферросилиция и феррохрома осуще­ ствляли двукратное скачивание шлака — при содержании угле­ рода 2,5—2,7 и 1,0—1,3%. При содержании углерода 0,8— 1,0% в конвертер присаживали ферросилиций и феррохром, осуще­ ствляли легирующую продувку до достижения необходимого содержания углерода. Первая из проведенных плавок оказалась неудачной, что можно объяснить слишком большим количеством кремния.

Для получения в стали 12— 14% хрома при садке чугуна 9,5 т требовалось загрузить в конвертер 220—235 кг 60%-ного ферро­ хрома на 1 т стали. Расход кремния для расплавления должен был составить около 1 0 кг на 1 т стали, поскольку при окислении кремния выделяется около 8450 ккал/кг. Фактический же расход кремния был значительно выше, так как опасались больших потерь тепла в опытном конвертере, что привело к сильному перегреву плавки и большому угару хрома (32%). Вторую плавку провели с меньшим количеством присаживаемого кремния и по­ лучили лучшие результаты. Технологические данные плавки при­ ведены ниже.

Необходимо отметить, что несмотря на уменьшение вдвое коли­ чества кремния, угар хрома изменился незначительно и составил 26,7%. Высокий угар хрома при продувке по такому методу объяс­ няется резким снижением темпа обезуглероживания после при­ садки ферросплавов, подсосом в связи с этим атмосферного воз­ духа и воздействием его на шлак и металлическую ванну. Это уста­ новлено расчетами баланса кислорода и кремния в проведенных плавках. Так, за счет кислорода дутья и окислов железа во вто­ рой плавке должно было окислиться около 245 кг хрома, факти­ чески же окислилось около 340 кг, что можно объяснить только воздействием кислорода воздуха.

Результаты опытных плавок показали также, что при исполь­ зовании кремния в качестве топлива присадки ферросплавов не­ обходимо вводить при содержании углерода не более 0,3%; при­ садки при более высоком содержании углерода приводят к увели­ чению угара кремния.

Как показали исследования, «силикотермический» метод при­ годен для получения не всех марок стали. Между концентра­ циями хрома и углерода ванны существует определенная зави­ симость [104]:

15 700 + 3,65.

Т

279

Расчеты показывают, что при сравнительно высоком содержа­ нии углерода при конвертерных плавках термодинамически воз­ можное содержание хрома не превышает 10%. Следовательно, при выплавке сталей с более высоким содержанием хрома необ­ ходимо осуществлять дополнительное легирование в ковше при понижении температуры, что нежелательно даже при умеренной концентрации хрома (до 14%) и практически неприемлемо при более высокой. Технологические данные по выплавке высоколеги­ рованной стали приведены в табл. 77. Приведенные данные очень

хорошо согласуются с результатами, полученными в Японии, где вначале на опытном 1 0 -т конвертере, а затем и на промышленных конвертерах освоена выплавка нержавеющей стали для труб кот­ лов, теплообменников, а также для нужд химической промышлен­ ности. Продувку плавок проводили с двукратным скачиванием шлака. Кремнистые ферросплавы для разогрева металла присажи­ вали в конце продувки; длительность легирующей продувки со­

280

ставляла 2 —3 мин на 1 0 -т конвертере и около 1 0 мин на промыш­ ленном. В результате в металл вводили 5—7% легирующих элементов.

При легирующей продувке содержание углерода и серы в ме­ талле менялось незначительно; содержание фосфора повышалось на 0,002—0,003%. Отмечается значительное уменьшение окисленности шлака (с 12 до 3%) и резкое снижение его основности.

Качество нержавеющей стали практически не отличалось от качества электропечной стали. Общая продолжительность цикла плавки по сравнению с обычным циклом при получении углероди­ стого металла возрастала на 12 мин. Особенно важно отметить, что в результате стандартизации сырых материалов и тщательного контроля состава металла перед присадкой ферросилиция удалось снизить угар феррохрома до обычных для электропечей пределов

(5%).

Сталь с высоким содержанием хрома на опытном конвертере НТМЗ выплавляли с расплавлением лигатуры в электропечи и смешением ее со сталью, выплавленной в конвертере. Продувку металла в конвертере вели также с двукратным скачиванием шлака (до содержания углерода 0,05—0,09%). Лигатуру расплавляли в 3-т электропечи и сливали в сталеразливочный ковш, в который затем сливали металл из конвертера. Этот метод выплавки стали наиболее прост и надежен и требует только минимально достижи­ мых концентраций углерода и фосфора в конвертерном металле. Содержание углерода должно быть минимальным, так как лигатура из электропечи даже при применении графитизированных элек­ тродов содержит значительное количество углерода. Ведение плавок по этому варианту требует точной синхронизации работы печи и конвертера. Значительная доля присаживаемых ферро­ сплавов предопределяет соотношение емкостей конвертера и элек­ тропечи, что затрудняет синхронизацию плавок.

По существу последний вариант выплавки представляет собой дуплекс-процесс, что является его основным недостатком, по­ скольку затраты при осуществлении дуплекс-процесса практи­ чески всегда выше, чем при моно-процессе с близкими технологи­ ческими показателями. Другой недостаток этого процесса — труд­ ность выплавки стали с очень низким содержанием углерода. В то же время с точки зрения использования хрома этот вариант выплавки нержавеющей стали выгоден, поскольку угар хрома не превышает 5%, т. е. величины, характерной для электропечей.

Исследования качества стали 1Х18Н9Т, прокатанной на Че­ лябинском металлургическом заводе, показали, что металл отве­ чает всем требованиям ГОСТа по макроструктуре, содержанию a -фазы, межкристаллитной коррозии и механическим свойствам. Механические свойства стали приведены в табл. 78.

Таким образом, показано, что из опробованных трех вариантов технически приемлемы дуплекс-процесс, по которому вполне возможна организация выплавки нержавеющей стали с высоким

281

содержанием хрома, и силикотермический — для выплавки стали, содержащей 7—10% Сг.

Выплавка нержавеющей стали с использованием в качестве сырья хромистого чугуна характерна для США и ФРГ. Поскольку важным преимуществом кислородно-конвертерного процесса при организации выплавки нержавеющей стали является возможность использования наиболее дешевых источников хрома — скрапа хромистых сталей, хромистой руды и высокоуглеродистого ферро­ хрома, немецкие металлурги практически для каждой марки стали изготавливают в вагранках горячего дутья специальные чугуны с дальнейшей продувкой их в 30-т конвертерах (завод в Виттене). Вагранки горячего дутья имеют диаметр 4 м и высоту 12 м и характеризуются производительностью 2 2 т/ч; отходящие вагра­ ночные газы пропускают через рекуператоры для нагрева дутья до 600° С. В зависимости от типа выплавляемой в конвертерах стали шихта вагранок состоит из следующих составляющих:

1 ) углеродистого лома; в этом случае получают чугун, кото­ рый используют для выплавки углеродистой стали или низко­ легированной стали с легированием в конвертере или ковше; 2 ) углеродистого лома и хромистой руды с получением хро­ мистого чугуна; содержание легирующих в конечном металле после продувки в конвертере корректируют присадками легиру­

ющих в ковш или конвертер; 3) легированного лома, по составу соответствующего данной

марке стали или группе марок стали с получением легирован­ ного чугуна; состав металла после продувки корректируют, как и в двух предыдущих случаях.

Остальными составляющими шихты вагранок являются кокс, известь и плавиковый шпат. Температура чугуна составляет около 1400° С; чугун накапливается в двух 70-т миксерах и транспорти­ руется к конвертерам чугуновозными ковшами.

Для выплавки нержавеющей хромоникелевой стали состав чугуна из вагранок следующий: 5,5% С; 0,70% Si; 0,40% Мп; 0,025% Р; 0,025% S; 19% Сг; 10,0% Ni; 0,05% Мо. Шихту вагранки можно компоновать из 1 0 0 % лома и стружки, соответствующей стали данной марки. •

282