123231 (Литейные металлические сплавы), страница 3

Наибольшее распространение для производства фасонных отливок получил скрап-процесс с использованием твердого передельного мартеновского чугуна.

Основной скрап-процесс на твердом чугуне. При скрап-процессе основным источником кислорода для окисления примесей чугуна является газовая фаза печи. Только незначительную часть кислорода дает железная руда, вводимая в печь по ходу плавки в количестве около 30%. Шихту для скрап-процесса рассчитывают так, чтобы она содержала около 1% Мn, не более 0,3% Р, не более 0,05—0,06% S и минимальное количество кремния. Обычно шихта при скрап-процессе содержит около 30% передельного мартеновского чугуна, до 15% стальной стружки при выплавке углеродистых сталей и около 10% при выплавке легированных. Остальную часть металлической шихты составляет привозной стальной лом и собственный возврат. Шихту рассчитывают исходя из того, чтобы содержание углерода в ней было на 0,3—0,5% больше содержания углерода в готовой стали.

Процесс плавки условно можно разделить на следующие периоды: заправка печи, завалка и плавление, кипение, раскисление и выпуск.

Заправка печи. В процессе эксплуатации печи ее под, стенки, откосы изнашиваются. Для поддержания пода, откосов печи в надлежащем состоянии их периодически обновляют, осуществляя заправку печи. Для заправки печи применяют обожженный, молотый и просеянный доломит или металлургический магнезит, а иногда сырой дробленый доломит. Заправку печи производят в минимальное время, чтобы устранить окисление пода. Обычно эта операция не превышает 10—15 мин. Заправку заканчивают заделкой выпускного отверстия магнезитовым порошком.

Заправку печи осуществляют машинами и вручную. Ее начинают, как только уровень металла в печи при выпуске готовой стали начнет понижаться.

Завалка шихты при работе на скрап-процессе на твердом чугуне. Чем быстрее производят завалку, тем меньше продолжительность плавки. На под следует загружать мелкий чистый лом (10—20% общего количества стального лома в шихте); на лом известняк (6—7% массы металлической шихты) и иногда боксит; иногда же вместо известняка применяют известь. Это сокращает плавку стали и сокращает расход чугуна, идущего на завалку. Поверх известняка загружают боксит, после чего в течение 10—15 мин прогревают известняк. На прогретый известняк загружают передельный чугун (10—15% массы металлической шихты), затем стальную стружку, на которую загружают крупный лом. После хорошего прогрева металлической части шихты заваливают остальной чугун. При работе скрап-процессом на твердой завалке заправку порогов проводят быстро, чтобы предупредить заплывание их плавящимся чугуном, загружаемым в конце, периода завалки.

Плавление. Период плавления в печах, работающих скрап-процессом, длится условно от конца завалки до полного расплавления и является самым длительным периодом мартеновской плавки. В период плавления полностью окисляется кремний и частично марганец и фосфор, содержащиеся в передельном чугуне, а также происходит процесс образования шлака. Для ускорения периода плавления воздух обогащают кислородом, который при работе печи на мазуте вводят в форсунки и вдувают вместе с воздухом распылителями.

При выплавке углеродистых сталей содержание углерода сразу же после расплавления не должно превышать более чем на 0,3% допускаемого содержания углерода в готовой стали. Если углерода содержится меньше, то в печь вводят соответствующее количество передельного или зеркального чугуна.

К моменту полного расплавления стали образуется шлак из окислов металлической части шихты, флюсов (известняк, боксит), материала пода и кладки печи. Образование шлака до полного расплавления способствует ускорению и интенсификации процессов дефосфорации, обессеривания, кипения ванны. Для этого в печь за 15—40 мин до полного расплавления стали вводят такое количество извести и боксита, чтобы основность шлака составляла 1,5—2,0. Такой шлак содержит 30—35% СаО; 18—25% SiO₂; 10—15% FеО. После расплавления этот шлак скачивают из печи для снижения содержания фосфора в стали. После спуска шлака наводится новый шлак нормальной основности (СаО>40% и SiO₂<20%) из свежеобожженной извести и боксита.

По окончании наведения нового шлака ванну переводят на режим «чистого кипения», происходящего только за счет кислорода, содержащегося в жидкой ванне. При этом постоянно повышают основность шлака, доводя ее к моменту окончания кипения до 2,2—3,5. В период чистого кипения в стали увеличивается содержание марганца за счет его восстановления из шлака. Одновременно происходит окисление углерода со скоростью около 0,25% в час. Скорость окисления углерода может быть повышена подачей кислорода в ванну. Чистое кипение способствует очистке стали от растворенных газов и неметаллических включений. Период чистого кипения наиболее ответственный, поэтому в этот период плавки периодически контролируют состав стали и шлака.

После получения в стали заданного количества углерода производят предварительное раскисление силикомарганцем, силикошпигелем и доменным ферросилицием. Через 5—10 мин приступают к окончательному раскислению и доведению стали до заданного химического состава. При выплавке легированных сталей добавки в виде ферросплавов вводят в печь в разное время: никель — в начале плавки вместе с завалкой, хром — после предварительного раскисления, молибден — в период дефосфорации и наведения шлака и т. д.

Окончательное раскисление производят во время выпуска стали в ковш или на желобе мелкораздробленным ферросилицием ФС45 или ФС75. Для раскисления в ковш вводят 0,8—1 кг алюминия на 1 т стали.

Интенсификация мартеновского процесса кислородом. Основным преимуществом применения кислорода в мартеновских печах является повышение производительности печей и снижение расхода топлива на 1 т стали, а также уменьшение количества продуктов горения.

Интенсификацию мартеновского процесса осуществляют следующими способами: газификацией топлива дутьем, обогащенным кислородом; подачей кислорода для обогащения воздуха горения; расплавлением заваленного в печь скрапа кислородной струей и прямым окислением примесей ванны.

Существует несколько способов подачи кислорода для обогащения воздуха. Наиболее распространен способ подачи кислорода непосредственно в головки мартеновской печи. В печах с газовым отоплением кислород вводят в газовую струю на выходе последней из газового канала в печь. Расход кислорода при обогащении воздуха в печах, отапливаемых жидким топливом, колеблется в пределах 15—25 м³/т, а в газовых печах составляет 35 м³/т. Воздух обогащают кислородом главным образом в период завалки и расплавления. Производительность печи при этом увеличивается на 10—12%.

Для ускорения процесса расплавления вводят струю чистого кислорода на скрап, заваленный в печь. Плавить скрап кислородной струей необходимо после нагрева его до 1400° С. Для ускорения процесса окисления углерода применяют метод окисления металла чистым кислородом, вводимым непосредственно в ванну. При таком прямом окислении металла кислородом значительно лучше удаляются фосфор и сера.

Прямое окисление кислородом осуществляют при помощи трубок или специальных сопл с водяным охлаждением, которые устанавливают в передней или задней стенках, а иногда в своде печи. Удельный расход кислорода при прямом окислении углерода ванны 2,5—5,0 м³/т.

Кислый мартеновский процесс обычно используют для выплавки высококачественных сталей. Окислительная способность шлака в кислом мартеновском процессе ниже, чем в основном, соответственно ниже концентрации кислорода в сплаве. При плавке высококачественных сталей применяют чистые по сере и фосфору исходные шихтовые материалы и топливо с минимальным содержанием серы.

Используют два варианта кислого мартеновского процесса: кремневосстановительный (пассивный) и с ограниченным восстановлением кремния (активный).

При кремневосстановительной кислой мартеновской плавке процесс ведут так, что кремний восстанавливается из шлака и материала пода печи. Количества восстановившегося кремния достаточно для получения спокойной стали без введения дополнительных раскислителей.

При процессе с ограниченным восстановлением кремния в печь вводят железную руду или окалину для повышения окислительной способности шлака и понижения его температуры. Это способствует уменьшению восстанавливаемого кремния до 0,1—0,12%. Наряду с железной рудой или окалиной применяют также добавку в шлак извести, которая снижает в нем концентрацию кремния.