|
шлака и концентрация окислов железа в нем, а также пониженная температура.
Эти условия создаются при совместном введении в печь извести и руды.
Из-за высокого содержания окислов железа в шлаках окислительного
периода условия для протекания реакции десульфурации являются
неблагоприятными и десульфурация получает ограниченное развитие: за все
время плавления и окислительного периода в шлак удаляется до 30-40% серы,
содержащейся в шихте.
При кипении вместе с пузырьками СО из металла удаляются водород и
азот. Этот процесс имеет большое значение для повышения качества
электростали, поскольку в электропечи в зоне электрических дуг идет
интенсивное насыщение металла азотом и водородом. В связи с этим
электросталь обычно содержит азота больше, чем мартеновская и кислородно-
конвертерная сталь.
Кипение и перемешивание обеспечивает также ускорение выравнивания
температуры металла и его нагрев. За время окислительного периода
необходимо окислить углерода не менее 0.2-0.3% при выплавке
высокоуглеродистой стали (содержащей (6% С) и 0.3-0.4% при выплавке средне-
и низкоуглеродистой стали.
Шлак в конце окислительного периода имеет примерно следующий состав,
%: 35-50 CaO; 10-20 SiO2; 4-12 MnO; 6-15 MgO; 3-7 Al2O3; 6-30 FeO; 2-6
Fe2O3; 0.4-1.5 P2O5. содержание окислов железа в шлак зависит от содержания
углерода в выплавляемой марке стали; верхний предел характерен для
низкоуглеродистых сталей, нижний – для высокоуглеродистых.
Окислительный период заканчивается тогда, когда углерод окисляется до
нижнего предела его содержания в выплавляемой марке стали, а содержание
фосфора снижено до 0.010-0.015%. Период заканчивают сливом окислительного
шлака. Полное скачивание окислительного шлака необходимо, чтобы
содержащийся в нем фосфор не перешел обратно в металл во время
восстановительного периода.
Восстановительный период
Задачами восстановительного периода являются:
а) раскисление металла;
б) удаление серы;
в) доведение химического состава стали до заданного;
г) корректировка температуры.
Все эти задачи решаются параллельно в течение всего восстановительного
периода; раскисление металла производят одновременно осаждающим и
диффузионным методами.
После удаления окислительного шлака в печь присаживают ферромарганец в
количестве, необходимом для обеспечения содержания марганца в металле на
его нижнем пределе для выплавляемой стали, а также ферросилиций из расчета
введения в металл 0.10-0.15% кремния и алюминий в количестве 0.03-0.1%. Эти
добавки вводят для обеспечения осаждающего раскисления металла.
Далее наводят шлак, вводя в печь известь, плавиковый шпат и шамотный
бой. Через 10-15 мин. шлаковая смесь расплавляется и после образования
жидкоподвижного шлака приступают к диффузионному раскислению. Вначале, в
течение 15-20 мин. раскисление ведут смесью, состоящей из извести,
плавикового шпата и кокса в соотношении 8:2:1, иногда присаживают один
кокс. Далее начинают раскисление молотым 45 или 75%-ным ферросилицием,
который вводят в состав раскислительной смеси, содержащей известь,
плавиковый шпат, кокс и ферросилиций в соотношении 4:1:1:1, содержание в
этой смеси уменьшают. На некоторых марках стали в конце восстановительного
периода в состав раскислительной смеси вводят более сильные раскислители –
молотый силикокальций и порошкообразный алюминий, а при выплавке ряда
низкоуглеродистых сталей диффузионное раскисление ведут без введения кокса
в состав раскислительных смесей.
Суть диффузионного раскисления, протекающего в течение всего периода,
заключается в следующем. Так как раскисляющие вещества применяют в
порошкообразном виде, плотность их невелика и они очень медленно опускаются
через слой шлака. В шлаке протекают следующие реакции раскисления:
(FeO) + C = Fe + CO; 2*(FeO) + Si = 2*Fe + (SiO2) и т.д.,
в результате содержание FeO в шлаке уменьшается и в соответствии с
законом распределения (FeO)/[FeO] = const кислород (в виде FeO) начинает
путем диффузии переходить из металла в шлак (диффузионное раскисление).
Преимущество диффузионного раскисления заключается в том, что поскольку
реакции раскисления идут в шлаке, выплавляемая сталь не загрязняется
продуктами раскисления – образующимися окислами. Это способствует получению
стали с пониженным содержанием неметаллических включений.
По мере диффузионного раскисления постепенно уменьшается содержание
FeO в шлаке и пробы застывшего шлака светлеют, а затем становятся почти
белыми. Белый шлак конца восстановительного периода электроплавки имеет
следующий состав, %: 53-60 CaO; 15-25 SiO2; 7-15 MgO; 5-8 Al2O3; 5-10 CaF2;
0.8-1.5 CaS; < 0.5 FeO; < 0.5 MnO.
Во время восстановительного периода успешно идет десульфурация,
поскольку условия для её протекания более благоприятные, чем в других
сталеплавильных агрегатах. Хорошая десульфурация объясняется высокой
основностью шлака восстановительного периода (CaO/SiO2 = 2.7-3.3) и низким
(< 0.5 %) содержанием FeO в шлаке, обеспечивающим сдвиг равновесия реакции
десульфурации [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) вправо (в сторону более
полного перехода серы в шлак). Коэффициент распределения серы между шлаком
и металлом (S)/[S] в восстановительный период электроплавки составляет 20-
50 и может доходить до 60. в электропечи с основной футеровкой можно
удалить серу до тысячных долей процента.
Для улучшения перемешивания шлака и металла и интенсификации медленно
идущих процессов перехода в шлак серы, кислорода и неметаллических
включений в восстановительный период рекомендуется применять
электромагнитное перемешивание, особенно на большегрузных печах, где
удельная поверхность контакта металл-шлак значительно меньше, чем в печах
малой емкости.
Длительность восстановительного периода составляет 40-100 мин. За 10-
20 мин. до выпуска проводят корректировку содержания кремния в металле,
вводя в печь кусковой ферросилиций. Для конечного раскисления за 2-3 мин.
до выпуска в металл присаживают 0.4-1.0 кг алюминия на 1 т стали. Выпуск
стали из печи в ковш производят совместно со шлаком. Интенсивное
перемешивание металла со шлаком в ковше обеспечивает дополнительное
рафинирование – из металла в белый шлак переходит сера и неметаллические
включения.
Порядок легирования
При выплавке легированных сталей в дуговых печах порядок легирования
зависит от сродства легирующих элементов к кислороду. Элементы, обладающие
меньшим сродством к кислороду, чем железо (никель, молибден) во время
плавки не окисляются и их вводят в начальные периоды плавки – никель в
завалку, а молибден в конце плавления или в начале окислительного периода.
Хром и марганец обладают большим сродством к кислороду, чем железо.
Поэтому металл легируют хромом и марганцем после слива окислительного шлака
в начале восстановительного периода.
Вольфрам обладает большим сродством к кислороду, чем железо и он может
окисляться и его обычного вводят в начале восстановительного периода.
Особенность легирования вольфрамом заключается в том, что из-за высокой
температуры плавления он растворяется медленно и для корректировки состава
ферровольфрам можно присаживать в ванну не позднее, чем за 30 до выпуска.
Кремний, ванадий и особенно титан и алюминий обладают большим
сродством к кислороду и легко окисляются. Легирование стали феррованадием
производят за 15-35 мин. до выпуска, ферросилиций – за 10-20 мин. до
выпуска. Ферротитан вводят в печь за 5-15 мин. до выпуска, либо в ковш.
Алюминий вводят за 2-3 мин. до выпуска в ковш.
3 Выплавка стали методом переплава
На металлургическом заводе отходы легированной стали разливаемой в
изложницы, достигают 25-40%. По мере накопления отходов выплавляют сталь
методом переплава. Плавку ведут без окисления или с не продолжительной
продувкой кислородом, что позволяет сохранить значительную часть
содержащихся в отходах ценных легирующих элементов.
При плавке без окисления углерод и фосфор не окисляются, поэтому
содержание фосфора в шихте не должно быть выше его допустимых пределов в
готовой стали, а содержание углерода на 0.05-0.1% ниже, чем в готовой
стали, в связи с науглероживанием металла электродами. Допустимое
количество остальных элементов в шихте определяют с учетом состава
выплавляемой стали и того, что в период плавления они угорают в следующем
количестве, %:
| |Al |Ti |Si |V |Mn |Cr |W | |
| |100 |80-90 |40-60 |15-25 |15-25 |10-15 |5-15 | |
В шихту помимо легированных отходов вводят мягкое железо – шихтовую
заготовку с низким содержанием углерода и фосфора и, при необходимости,
феррохром и ферровольфрам.
Загрузку и плавление шихты производят как при обычной плавке; в период
плавления загружают 1-1.5% извести или известняка. После расплавления шлак,
как правило, не скачивают, сразу приступая к проведению восстановительного
периода. При этом раскисление, десульфурацию и легирование металла
производят обычным способом. При диффузионном раскислении из шлака
восстанавливается хром, вольфрам и ванадий. Если после расплавления шлак
получился густым из-за высокого содержания окиси магния, его скачивают и
наводят новый.
При выплавке стали методом переплава сокращается расход ферросплавов,
на 10-30% возрастает производительность печи, на 10-20% сокращается расход
электроэнергии и электродов.
4 Особенности технологии плавки в большегрузных печах
Опыт эксплуатации большегрузных (80-300 т) печей показал, что
применение традиционной технологии не обеспечивает получения в этих печах
сталей высокого качества. Это объясняется рядом причин.
В большегрузных печах приходиться использовать менее качественный
стальной лом, который отличается легковесностью, загрязненностью ржавчиной
и другими примесями, а также непостоянством упомянутых характеристик его
качества. Это приводит к нестабильности протекания периода плавления и
значительным колебаниям в количестве образующегося за время плавления
шлака, его основности и окисленности, а также к значительным колебаниям в
содержании углерода и фосфора в металле к моменту расплавления шихты. Это
не позволяет иметь стабильную технологию окислительного периода: в
частности, существенно возрастает расход окислителей, а в конце периода
металл и шлак более окислены, чем в малых печах.
Другим важным фактором, определяющим выбор технологии плавки в
большегрузных печах это малая эффективность восстановительного периода, что
вызвано рядом причин.
Так из большегрузных печей не удается полностью удалить окислительный
шлак, а поскольку эти печи снабжены мощными пылегазоотсасывающими
устройствами, при их работе из-за подсоса воздуха в рабочем пространстве не
удается создать восстановительную атмосферу. По этим причинам во время
восстановительного периода трудно получить шлак с низким содержанием FeO
даже при интенсивной его обработке порошкообразными раскислителями.
Условия проведения восстановительного периода ухудшаются также в связи
с тем, что в крупных печах заметно меньше поверхность контакта шлак-металл,
которая должна быть достаточно большой для обеспечения медленно протекающих
процессов диффузии серы и кислорода из металла в шлак. Из-за большой
глубины ванны удельная поверхность контакта шлак-металл для печи емкостью
100 т составляет около 0.2 м3/т, в то время как для 10-т печи – около 6
м3/т.
Еще одной неблагоприятной особенностью работы большегрузных печей
является то, что при увеличении выдержки жидкого металла в печи наблюдается
усиленное растворение в шлаке футеровки; шлак в результате этого содержит
повышенное количество MgO и становиться густым, малореакционноспособным.
Это обстоятельство снижает эффективность рафинирования метала и заставляет
снижать длительность восстановительного периода.
Все это привело к тому, что в большегрузных печах вынуждены были
отказаться от традиционной технологии с проведением длительного
Страницы: 1, 2, 3, 4
|
