Шлаковый режим выплавки конструкционной стали в ДСП

Аl - 0, Тi 0 - 10; Si  0 - 70; V 70 - 80; Мn 70 - 80; Сr 85 - 90; W 90 - 95.

Завдяки цьому значно скорочується витрата феросплавів, зменшується  кількість добавок, що вводяться, і  тривалість відновного періоду. З урахуванням відсутності окисного періоду продуктивність печі зростає на 15 - 20 %. Крім того, зменшується витрата електроенергії, електродів, вогнетривів, розкислювачів, шлакоутворюючих, знижується собівартість сталі.

Легуючі добавки завантажують у піч разом з усією шихтою, крім сплавів, що легко окиснюються, ванадію й титану, які вводять наприкінці відновного періоду. На подину дають вапняк, плавиковий шпат або шамот. При завантаженні шихтових матеріалів у піч тугоплавкий феровольфрам слід завантажувати в центр печі, а ферохром, що легко поглинає вуглець, слід давати ближче до укосів. Наявність окису кальцію в шлаці у період плавлення шихти дозволяє зв'язати до 30% Р, наявного в металі. Окисли заліза, необхідні для дефосфорації, вносяться шихтою у вигляді окалини й утворюються при окисненні заліза повітрям. Якщо склад металу по розплавлюванню близький до розрахункового, то, не скачуючи шлак, приступають до обробки (розкисленню) його меленим коксом, деревним вугіллям, феросиліцієм і алюмінієм - залежно від вмісту в сталі вуглецю й кремнію. Легуючі елементи при цьому відновлюються з окислів шлаку і переходять у метал. Відновний процес проводять під білим або карбідним шлаком. Метал легко розкислити, тому що ванна містить мало кисню. Тривалість відновного періоду може бути скорочено на 20-30 хв., так як доводиться присаджувати менше легуючих добавок і менше часу потрібно для розкислення й десульфурації металу.

У порівнянні із плавками з  окисненням тривалість плавки без окиснення  скорочується на 1 год. за рахунок окисного періоду й на 30 хв. за рахунок відновного періоду, що збільшує продуктивність електропечей на 19-20% і скорочує витрату електроенергії на 12-15%.

3.2.2 Виплавка сталі методом  переплаву легованих                                           відходів із частковим окисненням

З метою інтенсифікації плавки й дегазації металу на багатьох заводах  при виплавці сталі методом переплаву використовується газоподібний кисень (переплав із частковим окисненням).

При використанні кисню шихту  підбирають таким чином, щоб вміст фосфору був менше припустимих меж у сталі, а вміст вуглецю на 0,1-0,2 % перевищував верхню межу. Для цього в шихту включають не більше 80 % відходів виплавлюваної або іншої підходящої сталі й не менше 20 % вуглецевих відходів, що містять < 0,02 % Р. Для збільшення вмісту вуглецю, у шихту включають необхідну кількість коксу або електродного бою, а для раннього шлакоутворення 1,5-2,0 % вапна або вапняку й 0,3-0,5 % шамотного бою. За 10-15 хв. до повного розплавлення відбирають попередню пробу для хімічного аналізу й починають продувку металу киснем. У момент повного розплавлення, що визначається по початковому горінню вуглецю, відбирають пробу металу й ведуть продувку до заданого вмісту вуглецю. Кількість окисненого вуглецю повинна бути не менше 0,15 %.

По закінченню продувки знову  відбирають пробу металу й повністю скачують шлак. При високому вмісті в шихті хрому, вольфраму або ванадію перед скачуванням шлак розкислюють. Відновний період проводять, як і при звичайній плавці.

Засвоєння легуючих елементів  при переплаві відходів із частковим окисненням трохи нижче й приблизно становить, %: Si 0; Мn 20 - 30; V 30 - 40; Сr 60 - 80; W 85 - 90. Для зменшення вигару ванадію, хрому й вольфраму в шихту іноді вводять кременисті відходи або феросплави. Окиснення кремнію протікає з більшим виділенням тепла, завдяки чому температура металу швидко зростає й більш дорогі хром, вольфрам і ванадій окисняться меншою мірою.

3.3 Особливості технології  плавки конструкційних сталей

Хромонікелеві й  хромонікельмолібденові сталі

 Виробництво конструкційних хромонікелевих і хромонікель-молібденових сталей проводять на свіжій шихті й переплавом.

При виплавці з повним окисненням шихта складається з відходів хромомолібденових, хромонікельмолібденових, хромомарганецьмолібде-нових і вуглецевих сталей. Щоб запобігти значним втратам хрому з окисним шлаком й утворення густого хромистого шлаку, шихтовку дають із розрахунку одержання по розплавленню не більше 0,40% Сr. Це обмежує можливість використання великої кількості легованих відходів, тому в метал доводиться додатково вводити нікель, молібден і хром.

Шихтовку розраховують таким  чином, щоб в окисний період була можливість окиснити 0,30-0,40% С. Нікель і  феромолібден (або закис нікелю й  молібдат кальцію) зазвичай дають у завалку. Високу окисну здатність окису нікелю іноді використовують для окиснення вуглецю, присаджуючи його на початку окисного періоду.

Виробництво конструкційної сталі ряду марок цієї групи (20Х, 40Х, 40ХН і ін.) можна проводити  без відновного періоду, використовуючи описану технологію в статті "методи плавки сталі в дугових печах".

При виробництві конструкційних сталей з відновним періодом ферохром присаджують у ванну відразу після скачування окисного шлаку перед уведенням шлакоутворюючих.

Рафінування металу доцільно починати з попереднього глибинного розкислення металу сильними розкислювачами (кремнієм, алюмінієм або комплексними сплавами), що присаджують на дзеркало металу. Після цього наводять відновний вапняний шлак, який із самого початку інтенсивно обробляють і вуглецем, і кремнієм.

На деяких заводах за традицією  ще збереглася технологія із тривалим дифузійним розкисленням. У цьому  випадку відновний період починають із наведення шлаку, який спочатку розкислюють вуглецем, а потім кремнієм. Конструкційні сталі, що містять до 0,25% С, рафінують під білим шлаком, а при виробництві сталей з більш високим вмістом вуглецю можливе використання карбідних шлаків. У другій половині відновного періоду карбідний шлак обов'язково переводять у білий.

Як вже було відзначено, така технологія розкислення, не маючи помітних переваг відносно якості одержуваного металу, вимагає в той же час тривалого перебування металу в дуговій сталеплавильній печі, що погіршує техніко-економічні показники роботи агрегату.

До кінця відновного періоду шлак повинен містити не більше 0,40% закису заліза й не менше 55% окису кальцію, а конструкційна сталь повинна бути добре розкиснена. Достатнє розкислення характеризується спокійним затвердінням металу в стакані з утворенням добре помітної усадки.

За 2-3 хвилини до випуску  в металеву ванну вводять на штанзі (алюміній у кількості 0,5-0,6 кг/т при  виробництві конструкційних середньовуглецевих сталей і 0,7-0,8 кг/т при виплавці маловуглецевих сталей. Виплавку методом переплаву доцільно проводити із застосуванням газоподібного кисню. У цьому випадку шихта повинна складатися на 60-75% з відходів виплавлюваної сталі або сталі близької до неї марок сталі, решта — вуглецеві відходи. У завалку вводять також 2-3 % вапна. Наприкінці плавлення ванну продувають киснем так, щоб окиснити не менше 0,20% С. По досягненню необхідного вмісту вуглецю продувку припиняють і окисний шлак скачують. Рафінування проводять, як і на плавках з повним окисненням.

Помітне поліпшення якості конструкційних сталей, може бути отримане при позапічній дегазації й при обробці металу в ковші рідким синтетичним шлаком. При такому способі зменшується вміст у металі газів, сірки й неметалічних включень, що сприятливо відображається на пластичних характеристикax конструкційної сталі й значно підвищує ізотропність властивостей металу (відношення значень властивостей у поперечних і поздовжніх зразках) [2].

Хромовольфрамові  сталі

Виробництво конструкційних хромовольфрамових сталей проводять  як з повним окисненням, так і  переплавом. Потрібно мати на увазі, що багаторазовий переплав легованих  відходів сталі типу 18Х2Н4ВА призводить до погіршення якості металу, зокрема до зниження механічних властивостей у поперечних зразках. При контролі зламу металу, отриманого на таких плавках, частіше зустрічаються дефектні ділянки зі своєрідною дрібнозернистою будовою більш світлого відтінку в порівнянні з брухтом.

Цей вид дефекту, називаний  «майданчиками», утворюється по місцях слабини уздовж напрямку прокатки. Установлено, що «майданчики» утворюються при підвищеному вмісту окислів і нітридів титану. При багаторазовому переплаві, особливо з використанням титановмісних відходів, кількість цих включень у металі збільшується. Переплав відходів із частковим окисненням газоподібним киснем запобігає нагромадженню в металі азоту. Погіршення якості металу в цьому випадку не спостерігається. Проте для відповідальних замовлень конструкційна сталь 18Х2Н4ВА виплавляється переважно з повним окисненням.

Шихтовку з відходів вуглецевих сталей, чавуну й нікелю здійснюють так, щоб по розплавленню вміст вуглецю в металі був не менше 0,60%. Для раннього формування шлаку по ходу плавлення у ванну присаджують 1,0-1,5% вапна. Після повного розплавлення шихти шлак частково скачують і обновляють, а в добре нагріту ванну присаджують залізну руду. В окисний період корегують вміст у металі нікелю. Наприкінці окисного періоду температура металу повинна бути трохи вище температури випуску. Вміст вуглецю в металі повинен становити 0,09-0,11%, фосфору — не більше 0,010%.

По класичному варіанту дифузійного  розкислення, ще застосовуваному на деяких заводах, відновний період виробництва конструкційної сталі 18Х2Н4ВА починають із уведення присадок на знову наведений шлак порошку коксу з наступним (через 30-50 хв.) розкисленням феросиліцієм. На початку відновного періоду присаджують феровольфрам, а після значного розкислення шлаку — ферохром. Після ферохрому присаджують сплав АМС.

Більш прогресивною є технологія плавки із глибинним розкисленням металу на початку відновного періоду. За цією технологією на початку відновного періоду у ванну присаджують сплав АМС (3 кг/т), феровольфрам, ферохром і шлакоутворюючу суміш із вапна, плавикового шпату й шамотного бою (3,0-3,5%). На розплавлений шлак присаджують порошок коксу. Щоб попередити навуглецювання металу, шлак необхідно підтримувати в рідкорухомому стані присадками плавикового шпату.

Після просвітління шлак розкислюють меленим 75%-м феросиліцієм (4,5-5,5 кг/т), що присаджують у кілька приймань. Закінчується рафінування під білим шлаком, що розсипається при охолодженні в білий порошок.

Перед випуском сталі в метал уводять на штанзі алюміній у кількості 0,5-0,6 кг/т. Відразу після алюмінію у ванну присаджують феротитан (з розрахунку введення 0,06-0,07% Ti), який, зв'язуючи азот і подрібнюючи зерно, поліпшує механічні властивості сталі. Під час випуску після наповнення 1/3 ковша під струмінь металу вводять силікокальцій (приблизно 1 кг/т). Цим досягається зменшення забруднення сталі рядковими включеннями глинозему й деяке поліпшення механічних властивостей її (головним чином ударної в'язкості). Крім того, при розкисленні силікокальцієм конструкційна сталь виходить більш рідкорухомою, у результаті чого поліпшується поверхня злитка.

При виробництві конструкційної сталі 18Х2Н4ВА методом переплаву  шихту складають із відходів хромонікелевих сталей (60-70%), вуглецевих відходів з низьким вмістом фосфору, феромолібдену й нікелю. Вміст вуглецю в шихті повинен бути таким, щоб по розплавленню його вміст у металі був не менше 0,25%; при цьому під час окиснення можна окиснити 0,15-0,16% С. Вміст нікелю повинен відповідати нижній межі в готовому металі; а хром шихтують, орієнтуючись на його середній вміст. Феромолібден можна вводити в завалку або присаджувати наприкінці плавлення.

По закінченню продувки ванни киснем шлак скачують начисто. Рафінування проводять так само, як і при виплавці методом з повним окисненням.

Сталі, що містять алюміній

Умови виробництва конструкційних сталей, легованих алюмінієм, значною  мірою визначаються утворенням у них специфічних дефектів. До них відносять плямисту ліквацію, грубу шиферну будову зламу, підвищене забруднення неметалічними включеннями й волосовинами. Хромо-алюмінієвим сталям властива й низька якість поверхні злитків і заготовок, що пояснюється підвищеною в'язкістю їх у рідкому стані й поганими ливарними властивостями. При розливанні дзеркало металу, що піднімається, буває покрите плівками окислів і кірками, що погіршують поверхню злитків.

Установлено, що плямиста ліквація й шиферний злам у значній мірі викликаються утворенням при кристалізації сталі нітридів алюмінію й ванадію. Тому технологія виплавки цих сталей будується таким чином, щоб забезпечувався високий ступінь рафінування від окисних включень, що утворюються при введенні алюмінію, і обмежувалася можливість виділення нітридів при охолодженні сталі в виливницях.

Конструкційні сталі цієї групи виплавляють переважно з повним окисненням. Окисний період проводять без істотних змін звичайної технології. Окиснення закінчують при вмісті вуглецю 0,17-0,20%, фосфору не більше 0,015%.

На початку відновного періоду шлак обробляють коксом і порошком феросиліцію. Ферохром присаджують у розкислений метал. Легування алюмінієм проводять у дуговій печі після повного видалення шлаку. Якщо шлак не видаляти, то алюміній відновлює кремнезем шлаку, у зв'язку із чим виникають труднощі в одержанні металу необхідного складу.

Чушковий алюміній уводять  на поверхню металу, і ванну витримують при виключеному струмі до повного  розплавлення алюмінію. Після чого з вапна й плавикового шпату заводять шлак. Для розплавлення шлаку і підігріву металу піч включають на 15-20 хв., після чого метал зливають.

Якщо в металі повинен  міститися ванадій, то ферованадій присаджують після легування алюмінієм.

Пічний шлак  (25—30 % Аl₂O₃, 50— 60 % СаО, 8—10 % MgО, 0,05—1,0 % FeО і 1,5—2,0 % SiО₂), що утворюється після цього, по своїх фізико-хімічних властивостях наближається до вапняно - глиноземистого синтетичного шлаку і має високу рафінуючи здатність. Витримка металу в дуговій сталеплавильній печі під таким шлаком й обробка їм рідкого металу в ковші під час випуску плавки забезпечує зниження в 2- 3 рази вміст сірки й видалення більшої частини неметалічних включень.

Ураженість легованої  алюмінієм конструкційної сталі  дефектом, що носить назву «плямистої ліквації», зменшується, якщо в металі міститься порівняно мало азоту й при кристалізації відсутні умови для виділення нітридів. Тому сталі цієї групи доцільно виплавляти в електропечах великої ємності (при цьому вміст азоту в металі буде трохи нижче) і розливати в порівняно невеликі виливниці (у цьому випадку в меншій мірі розвиваються лікваційні процеси). Для одержання задовільної поверхні злитків метал при розливанні необхідно захищати від впливу атмосфери [1].