Технология плавки стали в дуговой печи определяется составом выплавляемой стали и предъявляемые к ней требованиям, а также качеством шихты. Существует две разновидности плавки легированной стали: плавка на углеродистой (свежей) шихте и плавка переплавом легированных отходов.
Углеродистая шихта характеризуется повышением содержанием углерода, фосфора, серы и отсутствием или незначительным количеством легирующих элементов. Для передела такой шихты в качественную сталь требуется проведение специального окислительного периода, в течение которого окисляются углерод, фосфор и некоторые сопутствующие элементы: кремний, хром, марганец, ванадий и др. Наличие окислительного периода является характерной особенностью технологии плавки на свежей шихте, поэтому её называют ещё плавкой с полным окислением.
Плавка высококачественной стали на свежей шихте включает следующие элементы:
1) подготовка шихтовых материалов,
2) подготовка печи к плавке,
3) загрузка шихты,
4) период плавления,
5) окислительный период,
6) восстановительный период.
Проведение всех периодов плавки позволяет глубоко очистить металл
от вредных примесей – фосфора и серы. Окисление углерода в окислительный период вызывает кипение ванны и способствует дегазации металла – удалению растворенных в нём водорода и азота, а также неметаллических включений.
Шихтовые материалы. Для получения стали в электропечи необходимы следующие шихтовые материалы: металлическая часть, шлакообразующие, окислители, добавочные материалы (раскислители и легирующие) и неуглероживатели.
Металлическая часть. Нелегированный (углеродистый) лом не должен быть загрязнен цветными металлами (свинцом, цинком, оловом и др.), особенно медью и мышьяком, которые практически полностью переходят их шихты в металл и могут оказать существенное влияние на его свойства. Нежелательно также, чтобы в углеродистых отходах содержалось фосфора более 0,05% так как удаление больших количеств фосфора требует продолжительного окислительного периода. Металлический лом должен иметь определенные габариты. Мелкий лом, как правило, более окислен, замусорен и загрязнен маслом. Значительная окисленность лома не позволяет точно оценить долю угара металла, что чревато непопаданием в заданный химический состав готовой стали. Разложение в зоне дуг ржавчины (гидрата окиси железа) и масла приводит к появлению в атмосфере печи атомарного водорода, интенсивно поглощаемого металлом.
Малая насыпная масса мелкого лома не позволяет завалить в печь всю шихту в один приём, вследствие чего, после расплавления первой порции шихты, приходится осуществлять подвалку. Это снижает производительность печи и увеличивает потери тепла. Нежелательно, чтобы в шихте были чрезмерные крупные куски – бракованные слитки, недоливки и т.п. В дуговой печи можно расплавлять крупногабаритный лом, но продолжительность плавления при этом увеличивается, длительное время проходится работать на высокой мощности, что отрицательно сказывается на стойкости футеровки. По этой причине максимальная масса отдельных кусков не должна превышать одной пятидесятой массы всей завалки.
Шлакообразующие. При выплавке стали в дуговой печи для образования основного шлака используют известь, известняк, плавиковый шпат, шамотный бой и песок. Содержание серы в известняке в большинстве случаев н6изкое, однако оно возрастает после обжига за счёт серы топлива. Повышенное содержание серы в шлаке затрудняет процесс десульфурации. Содержание других окислов в извести ограничивают по следующим соображениям: кремнезёма, чтобы при заданной основности шлака количество его было меньше: окиси магния, чтобы шлак был более жидкотекучим и активным; окислов железа, чтобы не затруднять процесс десульфурации.
Для выплавки высококачественной стали используют свежеобожжёную известь. Вместо извести в окислительный период можно использовать необжжённый известняк, содержащий не менее 97% СаСО. Известняк не гигроскопичен, его можно хранить длительное время. Разложение углекислого кальция в электропечи вызывает выделение пузырьков СО, которые обеспечивают перемешивание металла и шлака и способствует дегазации металла. Отрицательной стороной применения известника вместо извести является дополнительная затрата электроэнергии на разложение карбоната кальция.
Для разжижения высокоосновных шлаков применяют плавиковый шпат, песок и шамотный бой. Использование плавикового шпата СаF (90 – 95% СаF; не более 3,0% SiO и не более 0,2% S) позволяет разжижать высокоосновные шлаки без уменьшения их основности, что чрезвычайно важно для эффективного удаления серы. Песок также понижает температуру плавления основных шлаков, но при этом понижается основность шлака, поэтому песок находит ограниченное применение.
Окислители. Для интенсификации окислительных процессов в металл необходимо вводить кислород. Источниками кислорода служат; железная руда, окалина и агломерат. Присадка руды небольшими порциями обеспечивает длительное равномерное кипение металла без повышения его температуры, так как присаживаемая руда постоянно охлаждает металл. Это имеет особое значение для эффективного удаления фосфора. Руду используют в завалку и в окислительный период через шлак. Руда имеет определённый размер (50 – 100 мм). Мелкая руда растворяется в шлаке, а крупные куски вызывает бурное вспенивание металла и шлака.
Руда также должна удовлетворять требованиям по химическому составу; в ней должно содержаться много окислов железа и мало кремнезёма, серы и фосфора. Иногда вместо руды используют заменители – агломерат и окалину от проката. окалина от проката углеродистых сталей является наиболее чистым окислителем, но вследствие малого удельного веса она задерживается в шлаке. Необходимо учитывать также, что прокатная и кузнечная окалина может содержать легирующие элементы.
Раскислители и легирующие. Для раскисления и легирования применяют раскислители и легирующие в чистом виде или в виде сплавов с железом или друг с другом. Для раскисления и легирования применяют металлический алюминий, никель, хром, марганец, молибден, титан; ферросплавы: ферросилиций, ферромарганец, феррохром, феррованадий, ферромолибден, ферротитан, а также комплексные сплавы: силикомарганец, силикокальций и т.д. Сплавы, применяемые в качестве раскислителей и легирующих, должны удовлетворять ряду требований:
а) содержание основного легирующего элемента в сплаве должно быть максимальным. При низком содержание легирующих элементов увеличивается масса присадки, что удлиняет время её проплавления и ведёт к увеличению расхода электроэнергии и снижению производительности печи;
б) сплавы должны быть чистыми от вредных для стали примесей, шлаковых включений и газов. Это особенно важно, потому что значительную их часть присаживают в печь лишь к концу плавки, когда рафинирование ванны закончено.
Неуглероживатели. К числу неуглероживателей принадлежат материалы, содержащие углерод и используемые для увеличения содержания углерода в металле. Они входят в состав шихты, либо их вводят в ждкий металл, либо вводят в конце ведения плавки. Для неугроживания металла используют главным образом кокс и электродный бой. Основное требование, предъявляемое к неуглероживателям, они должны чистыми по вредным примесям (низкое содержание серы) и вносить мало золы.
Загрузка...
