Выплавка стали кислым процессом

Плавка стали без окисления примесей

Этот метод применяют для плавки средне- и высоколегированных сталей. Плавка в этом случае производится без добавки руды. Отсутствие окисления позволяет экономически выгодно использовать легирующие элементы, ибо они не угорают. Однако создается опасность накопления вредных примесей. Качество стали, полученной этим методом, не уступает качеству стали, полученной при плавке с окислением примесей. Производственный опыт показывает, что накопления вредных примесей не происходит. Исключение составляют высокомарганцевые стали, которые интенсивно поглощают азот из воздуха, однако для этих сталей азот оказался полезным компонентом. Технология плавки стали в дуговой печи без окисления примесей такая же, как и с окислением, т. е. включает все основные операции, только окислительный шлак не наводят, шлак плавки удаляют и производят раскисление либо под белым шлаком, либо при помощи ферросплавов. Иногда для интенсификации процесса производят продувку ванны кислородом. Но этот процесс является уже смешанным.

Этот процесс получил наибольшее распространение. Он более производительный и широко применяется для углеродистых и низколегированных сталей. Кислый шлак имеет меньшую электрическую проводимость, чем основной: дуги разрывают шлаковый покров и контактируют непосредственно с металлом, что интенсифицирует перегрев. В то же время шлак имеет более низкую температуру и отражательную способность, чем при основном процессе. Все это способствует увеличению КПД и срока службы футеровки печи.

Для образования кислого шлака в печь обычно вводят кварцевый песок и небольшое количество железной руды и извести в соотношение SiО₂/(FeO + MnO) в шлаке около единицы. Под таким шлаком ванна хорошо кипит, кипение длится недолго. Затем шлак сгущают присадкой песка и начинают восстановительный период.

Процесс плавки, как и в кислой мартеновской печи, может быть активным и кремнийвосстановительным. При активном процессе в металл вводят около 1% руды. При кремнийвосстановительном процессе окисление заканчивается раньше и начинается восстановление кремния.

Раскисление металла при кислом процессе производят либо после удаления окислительного шлака, либо без удаления путем изменения его состава. Наведение нового шлака осуществляют обычно при изготовлении высококачественной стали путем введения в печь боя шамота, песка и извести. Раскисление проводят в две стадии силикомарганцем или ферросилицием, а при выпуске металла – алюминием.

Рассмотрим в качестве примера плавку стали в кислой дуговой печи ДС5МТ. Состав металлической шихты для стали 25Л: 58% стального лома, 40% возврата и 2% передельного чугуна.

Подготовка печи к плавке производится следующим образом. По окончании выпуска стали необходимо очистить подину печи и откосы футеровки печи от остатков жидкой стали и шлака, затем произвести осмотр футеровки печи с целью определения ее состояния и возможности допуска к последующей плавке. При наличии после выпуска стали на футеровке стен, откосах и подине печи выбоин, неровностей, местных углублений производят заправку их смесью песка с жидким стеклом. Заправку производят как можно быстрее, стараясь сохранить температуру футеровки после выпуска стали с целью лучшей привариваемости материала заправки. При холодных ремонтах или после ремонта значительных повреждений футеровки электродуговых печей необходимо произвести промывочную плавку для неответственного литья. Перед включением печи на плавление ремонтируют порог рабочего окна, а также заделывают выпускное отверстие печи.

Шихтовые материалы перед загрузкой взвешивают. Загрузку печи производят через ее верх, при этом ванну печи выкатывают. При загрузке бадью опускают как можно ниже, чтобы не повредить подину печи ударами шихты. Мелкую шихту и стружку загружают вниз на подину. Загрузка должна вестись форсированно, а укладка шихты должна быть плотной. По окончании загрузки печь ставят в первоначальное положение, закрывают замки ванны и опускают свод. Перед включением, если печь холодная, подкладывают под каждый из электродов куски кокса для облегчения зажигания и спокойного горения электрических дуг.

Печь включают и дают максимальную силу тока. По мере образования под электродами озерков расплавленного металла, для наведения шлака и более спокойного горения дуги в печь вводят. 30 – 40 кг песка и 10–15 кг известняка. Форсирование плавления шихты необходимо проводить путем подрезки кислородом и сталкиванием шихты с откосов в центр ванны. В случае выделения белого дыма с серыми хлопьями (в этом случае говорят, что печь «снежит»), что происходит при близком положении дуги к подине, печь надо немедленно выключать, электрод поднять и в образовавшиеся колодцы под электродами столкнуть шихту.

При полном расплавлении шихты берут пробу металла для экспресс-анализа на С, Mn, S, Р. Оптимальное содержание углерода перед началом окислительного периода 0,45–0,70%. Для окисления углерода в хорошо нагретый металл присаживается малыми порциями железная руда, после каждой порции дается выдержка 5–10 мин. Кипение металла должно быть по всей поверхности. В случае бурного вскипания ванны печь выключают и в шлак добавляют песок. Продолжительность окислительного периода должна быть не более 40 мин, включая и кипение.

При достижении среднего содержания углерода по заданному анализу шлак должен быть нормальной жидкоподвижности, плотным, тянуться в нить и в изломе иметь зеленый цвет. При нормальном шлаке и достижении требуемого содержания углерода для раскисления металла в ванну присаживают ферросилиций ФС45. При этом ванну тщательно перемешивают. Через 10–15 мин ванну перемешивают вторично и берут пробу на раскисленность и температуру. Залитая в стаканчик проба металла, хорошо раскисленного кремнием, не должна искрить, при затвердевании металл должен давать усадку. Перед выпуском металла ванну необходимо тщательно перемешать, взять еще раз пробу на раскисленность и температуру и выпустить сталь в предварительно подогретый до 800–900 °С ковш. Выпускной желоб должен быть тщательно очищен и хорошо просушен. На желоб перед выпуском дают силикокальций. При нормальной температуре и раскисленности кремнием за 4–5 мин до выпуска в ковш вводят требуемое количество ферромарганца.

Необходимое количество добавок обычно вводят, руководствуясь опытом работы и с учетом экспресс–анализа. Все добавки (руды, извести, ферросплавов) могут быть рассчитаны по методике. Например, массу вводимого ферросплава для раскисления можно определить по формуле

M_FeR = (R_гот – R_ост) 10⁴/[R_FeR (100 –У_R)],

где M_FeR – масса ферросплава (в кг) на 100 кг раскисленного металла; R_гот и R_ост – содержание элемента в готовой стали и перед ее раскислением; R_FeR и У_R – содержание элемента раскислителя в ферросплаве и его угар, т. е. расход на раскисление (при введении в печь он составляет 50–75%, в ковш – 5–20%).

Окончательное раскисление стали производится алюминием, который подается на дно ковша (1,0–1,2 кг на 1 т жидкой стали). Температура на желобе должна быть в пределах 1500–1580 °С по оптическому пирометру без поправки. Металл в ковше должен быть покрыт защитным слоем шлака толщиной 100–150 мм.

Дата добавления: 2014-01-06