Шлаковый режим выплавки конструкционной стали в ДСП

Рисунок 3.1 - Стадії плавлення шихти:

а — початок плавлення; б — проплавлення колодязя; в — кінець плавлення

 

Робота на найвищому щаблі  напруги в період плавлення доцільна із двох причин:

по-перше, чим вище напруга, тим при тій же потужності менше сила струму й тим менше втрати в ланцюзі, тобто тим вище електричний к.п.д.;

по-друге, чим вище напруга, тим довше дуга й тим на більшу поверхню шихти поширюється її випромінювання.

Якщо шихта правильно  підібрана й покладена, то розташована  зверху дрібна шихта швидко проплавляється й дуги поринають у шихту, не виявивши на футерівку помітного впливу. У цьому випадку плавлення із самого початку можна вести при максимальній потужності.

Дуги пропалюють у твердій  шихті колодязі діаметром на 30-40 % більше діаметра електродів. У процесі  пропалювання колодязів тепло-сприйняття шихти максимальне, так як дуга горить безпосередньо у твердій шихті, а бічне випромінювання дуг сприймається стінками колодязів. Через 30 - 40 хв. від початку плавлення, електроди опускаються в крайнє нижнє положення – до поверхні рідкого металу, що скопився на подині (рис. 3.1 в). Із цього моменту швидкість плавлення трохи знижується, так як тепло акумулюється в основному рідким брухтом, він перегрівається й розчиняє тверду шихту. Лише невелика частина тепла дуги передається твердій шихті випромінюванням на стінки колодязів.

У процесі плавлення відбувається окиснення коштовних домішок, внесених шихтою. Майже повністю окисняться алюміній, титан, кремній, значна кількість  хрому, марганцю й інших домішок.

Після повного розплавлення шихти й ретельного перемішування ванни відбирають пробу металу на повний хімічний аналіз і скачують 75 % шлаку, з яким видаляється значна частина фосфору, що окиснився. У випадку одержання в першій пробі зниженого вмісту вуглецю шлак скачують повністю й навуглецьовують метал коксом або електродним боєм. Потім у піч присаджують вапно із плавиковим шпатом у кількості 1,5 - 2,0 % від маси металу й після їхнього розчинення починають проведення окисного періоду.

Застосування губчатого  заліза у вигляді металізованих обкотишів суттєво впливає на умови плавлення. Внаслідок безперервної подачі обкотишів у піч плавлення шихти протягом деякого часу збігається з її завантаженням.

Характерним при цьому  є відносно стійке горіння дуг  і збільшення корисної потужності на 10-15 % у порівнянні із плавленням скрапу.

Під час завантаження й  плавлення обкотишів відбувається окиснення вуглецю киснем оксидів заліза обкотишів. Безперервне окиснення вуглецю киснем оксидів обкотишів дозволяє відмовитися від продувки ванни в період плавлення киснем і скорочує тривалість окисного періоду.

 

3.1.4 Окисний період у  дуговій                                                               сталеплавильній печі 

Завданнями окисного періоду  плавки в дуговій сталеплавильній  печі (ДСП) є:

• зниження вмісту фосфору нижче припустимих меж у готовій сталі;
• можливо повне видалення розчинених у металі газів (водню);
• нагрівання металу до температури, що перевищує на 120—130°С температуру ліквідусу;
• приведення ванни в стандартний за окисленістю стан, якщо плавку ведуть без відновного періоду, то в окисний період потрібно також вилучити з металу сірку до вмісту нижче припустимої межі.

Окиснення фосфору здійснюють присадженням залізної руди з вапном.

Починати присадження руди потрібно після попереднього підігріву металу, щоб відразу ж після введення руди почалося окиснення вуглецю й кипіння металу. Руду й вапно необхідно завантажувати рівномірними порціями, підтримуючи інтенсивне кипіння металу. Шлак в цей період повинен бути пінистим, рідкорухомим і самопливом сходити через поріг робочого вікна.

Забезпечення мимовільного стікання й відновлення шлаку в умовах безперервного підвищення температури металу необхідно для ефективного видалення фосфору.

Присаджувати чергову порцію руди й вапна необхідно при зменшенні інтенсивності кипіння металу, викликаного попередньою порцією.

Уведення великих порцій небажане, так як це може викликати охолодження металу й кипіння буде слабким. Надлишок у ванні непрореагувавшої руди при наступному підвищенні температури може викликати бурхливе окиснення вуглецю й вапна до викиду металу й шлаку з печі. Щоб уникнути цього руду потрібно присаджувати так, щоб швидкість окиснення вуглецю підтримувалася в межах 0,4 - 0,6 %/год. на початку періоду й 0,2 - 0,3 %/год. наприкінці.

Для контролю над ходом  окисних процесів регулярно через  кожні 5 - 10 хв. відбирають проби металу, у яких контролюють вміст фосфору й вуглецю. При вмісті фосфору < 0,02 % окиснення рудою можна припинити. Правильно організований температурний режим окисного періоду, постійне відновлення шлаку при підтримці основності в межах 2,7 - 3 і високому вмісті в ньому FеО (15 – 20 %) дозволяють без особливих ускладнень понизити вміст фосфору до 0,010-0,012 % і менше.

Швидкому зниженню вмісту фосфору сприяє продувка металу порошкоподібним вапном.

Технологічними інструкціями зазвичай передбачається, щоб за період кипіння було окиснено > 0,3 % СО при виплавці високовуглецевої сталі, що містить > 0,6 % С, і > 0,5 % СО при виплавці середньо- і низьковуглецевої сталі. Для великих печей ці кількості можуть бути трохи зменшені. Окиснення такої кількості вуглецю необхідно для дегазації металу. Процес зневуглецювання металу доцільно інтенсифікувати.

Дуже високі швидкості  окиснення вуглецю дозволяють одержати продувку металу газоподібним киснем. Так, у печі ємністю 40 т і при витраті кисню 1200 м³/год. швидкість окиснення вуглецю становить 3 - 4 %/год. при вмісті його в межах 0,9—1,0,% і 0,7—0,8 %/год. при вмісті 0,2% С, причому швидкість зневуглецювання зростає зі збільшенням інтенсивності продувки.

Окиснення вуглецю газоподібним киснем дозволяє скоротити тривалість окисного періоду, завдяки чому при  витраті кисню 4 - 7 м³/т на 5 - 10 % збільшується продуктивність печей і на 5 – 12 % знижується витрата електроенергії. Для зменшення вигару заліза продувку ванни киснем слід починати після нагрівання металу й проводити її при включеній печі. Після початку окиснення вуглецю завдяки великому тепловому ефекту цієї реакції (див. табл. 3.1) температура металу швидко зростає, тому в момент появи полум'я піч необхідно відключити.

 

Таблиця 3.1 - Тепловий ефект і підвищення температури ванни при окисненні 1 % елемента газоподібним киснем

Реакція	Тепловой эффект, МДж/кг	Δt, °С
[С]+{О2} = {СО2}	32,2	340
[С]+1/2{О2} = {СО}	11,1	118
[Fe]+1/2{О2} = (FeO)	3,99	43
[Mn]+1/2{О2} = (MnO)	6,35	67
[Si]+{О2} = (SiO2)	25,4	270
2[Cr]+3/2{О2} = (Cr2O3)	10,9	115

 

У процесі продувки відбирають проби металу, у яких контролюють  вміст вуглецю. До кінця продувки вміст вуглецю повинен бути небагато менше нижньої межі для заданої марки, у результаті чого з урахуванням вуглецю, внесеного феросплавами й електродами, забезпечується одержання заданого вмісту його в металі. Однак для запобігання переокиснення металу вміст вуглецю до кінця окиснення не повинен бути < 0,1 %, виключення становить виплавка сталі, у якій вуглець є небажаною домішкою. Для сталі таких марок стандартами встановлюється тільки верхня межа вмісту вуглецю.

Вміст марганцю в окисний період зазвичай не регламентують. Реакція окиснення марганцю в цей період близька до рівноважної, тому нормальний хід плавки з необхідним підвищенням температури до кінця періоду супроводжується відновленням марганцю зі шлаку. В окисний період окисниться й хром, причому значна його кількість окисниться ще в процесі плавлення. Скачування шлаку періоду плавлення й постійне його відновлення протягом окисного періоду сприяють подальшому окисненню хрому й втраті його зі шлаком.

Тугоплавкі оксиди хрому  сильно знижують плинність шлаку і ускладнюють процес окиснення фосфору, тому використання хромистих відходів на плавках з повним окисненням недоцільно. Однак іноді з метою використання нікелю й молібдену, що міститься в шихті, під час завалки дають деяку кількість хромонікелевих і хромонікельмолібденових відходів у такій кількості, щоб вміст хрому в першій пробі не перевищував 0,4 %.

Інтенсифікація окиснення  газоподібним киснем дозволяє швидко підвищити температуру металу до заданої. Однак при продувці киснем можливий перегрів металу, що негативно  впливає на стан футерівки, погіршує умови дефосфорації й може призвести до збільшення в металі вмісту азоту. Щоб не допустити перегріву металу, його охолоджують при необхідності залізною рудою.

Після присадження останньої порції руди або закінчення продувки киснем роблять витримку протягом не менше 10 хв., необхідну для приведення металу в стандартний по окисленості стан. Під час витримки відбирають пробу на аналіз і вимірюють температуру металу. Загальна тривалість окисного періоду становить 40 - 70 хв., а у випадку застосування газоподібного кисню вона може бути скорочена до 30 хв. В окисний період видаляється 40 - 60 % сірки, внесеною шихтою. Успішній десульфурації сприяє висока основність шлаку (не менше 2,7 - 2,8) і його постійне відновлення. Сприятливі умови для видалення сірки в окисний період створюються при введенні разом з киснем порошкоподібного вапна [6].

 

 

 

 

3.2 Плавка сталі в ДСП методом переплаву легуючих відходів

 

На металургійних заводах 25 - 40 % одержуваної якісної сталі  складає брак, обрізь, відходи при прокаті й термообробці. Значна кількість відходів утворюється й у металообробній промисловості. Наприклад, коефіцієнт виходу придатного становить:

у шарикопідшипниковій промисловості      0,6,

у транспортному машинобудуванні      0,86,

у загальному машинобудуванні       0,82 і т.д.

Таким чином, значна частина  виплавлюваної сталі вертається для переплаву. Крім того, для переплаву  використовують зношені й застарілі  металовироби, виготовлені з якісного металу.

При переплаві відходів якісної сталі необхідно найбільш раціонально використовувати легуючі елементи, що містяться в них. Алюміній і титан майже повністю окислюються й переходять у шлак ще в період плавлення, а хром, ванадій і вольфрам окислюються й в окисний період. Для максимального добування цих елементів плавку доцільно вести без окиснення, тобто без присадок руди й з обмеженням окисних процесів у період плавлення. Такий метод ведення плавки називають переплавом легованих відходів.

Існують два різновиди  технології переплаву:

• без окиснення;
• с частковим окисненням.

 

3.2.1 Виплавка сталі методом  переплаву                                                   легованих відходів без окиснення

При розрахунках шихти  на плавку прагнуть використовувати  максимальну кількість відходів даної марки сталі або найбільш близьких по складу марок. Якщо ж таких відходів мало, то нестача легуючих компенсується або феросплавами, або відходами інших марок.

При переплаві вуглець і фосфор майже не окиснюються, тому вміст фосфору в шихті не повинен перевищувати припустимих меж у готовій сталі, а вміст вуглецю внаслідок можливого навуглецювання від електродів і зі шлаку повинен бути на 0,05 - 0,10 % нижче, ніж у готовій сталі (але не менше 0,08 - 0,1 %). У зв'язку із цим до складу шихти, крім власних відходів або відходів близької за складом сталі, уводять м'яке залізо або низьковуглецеві відходи з низьким вмістом фосфору. При необхідності використання ферохрому й феровольфраму їх уводять під час завалки, причому феровольфрам дають під електроди, а ферохром на укоси.

З метою раннього утворення шлаку для захисту металу від дії окисної атмосфери й навуглецювання електродами шлакоутворюючі вводять разом із шихтою під час завалки, а після початку утворення колодязів їх закидають під електроди.

Відсутність кипіння металу унеможливлює видалення газу з металу, тому при виплавці сталі методом переплаву особливу увагу приділяють стану шихтових матеріалів: вони повинні бути сухими, брухт не проіржавілим, шлакоутворюючі й легуючі добавки прожарені. Але навіть при дотриманні цих запобіжних заходів на плавках методом переплаву вміст азоту в металі збільшується. Запобігти насиченню металу азотом і навіть зменшити його вміст у порівнянні з вихідним можна введенням із шихтою вапняку замість вапна в кількості 1,0—1,5 % від маси шихти. Діоксид вуглецю СО₂, що утворюється при дисоціації вапняку, виділяється у вигляді бульбашок і дегазує метал. Для цієї ж мети до 2 % вапняку вводять у процесі плавлення шихти.

Навіть при відсутності  окисного періоду частина легуючих елементів окисниться в період плавлення, тому при виплавці сталі з високим вмістом хрому, вольфраму або ванадію шлак не скачують. Скачування шлаку періоду плавлення при виплавці цих марок сталі можна робити лише після розкислення при необхідності навуглецювання, при одержанні магнезіального шлаку або підвищеному вмісті марганцю. В іншому, технологічний процес проводиться як звичайно. Для розрахунків можна приймати загальний вигар металу рівним 3 - 4%. При виплавці сталі методом переплаву засвоєння легуючих елементів із шихти орієнтовно становить, %: