2002_1 (Отчет о прохождении преддипломной практики в электросталеплавильном цехе №2 ООО Сталь КМК), страница 2

Выпуск готовой стали и шлака осуществляется через сталевыпускное отверстие и желоб путем наклона рабочего пространства. Рабочее окно, закрываемое заслонкой, предназначено для контроля за ходом плавки, ремонта пода и загрузки материалов.

1. Шихтовые материалы

Основной составляющей шихты (75-100%) электроплавки является стальной лом. Лом не должен содержать цветных металлов и должен иметь минимальное количество никеля и меди; желательно, чтобы содержание фосфора в ломе не превышало 0.05%. При более высоком содержании фосфора продолжительность плавки возрастает. Лом не должен быть сильно окисленным (ржавым). С ржавчиной (гидратом окиси железа) вносится в металл много водорода. Лом должен быть тяжеловесным, чтобы обеспечивалась загрузка шихты в один прием (одной бадьей). При легковесном ломе после частичного расплавления первой порции шихты приходится вновь открывать печь и подсаживать шихту, что увеличивает продолжительность плавки.

В последнее время расширяется применение металлизованных окатышей и губчатого железа – продуктов прямого восстановления обогащенных железных руд. Они содержат 85-93% Fe, основными примесями являются окислы железа, SiO₂ и Al₂O₃. Отличительная особенность этого сырья – наличие углерода от 0.2-0.5 до 2% и очень низкое содержание серы, фосфора, никеля, меди и других примесей, обычно имеющихся в стальном ломе. Это позволяет выплавлять сталь, отличающуюся повышенной чистотой от примесей. Переплав отходов легированных сталей позволяет экономить дорогие ферросплавы. Эти отходы сортируют по химическому составу и используют при выплавке сталей, содержащих те же легирующие элементы, что и отходы.

Для повышения содержания углерода в шихте используют чугун, кокс и электродный бой. Основное требование к чугуну – минимальное содержание фосфора, поэтому чтобы не вносить много фосфора в шихту, в малые ( 40 т) печи подают не более 10% чугуна, а в большегрузные - не более 25%.

В качестве шлакообразующих в основных печах применяют известь, известняк, плавиковый шпат, боксит, шамотный бой; в кислых печах – кварцевый песок, шамотный бой, известь. В качестве окислителей используют железную руду, прокатную окалину, агломерат, железные окатыши, газообразный кислород. К шлакообразующим и окислителям предъявляются те же требования, что и при других сталеплавильных процессах: известь не должна содержать более 90% CaO, менее 2% SiO₂, менее 0.1% S и быть свежеобоженной, чтобы не вносить в металл водород. Железная руда должна содержать менее 8% SiO_2, поскольку он понижает основность шлака, менее 0.05% S и мене 0.2% P; желательно применять руду с размером кусков 40-100 мм, поскольку такие куски легко проходят через слой шлака и непосредственно реагирует с металлом. В плавиковом шпате, применяемом для разжижения шлака содержание CaF₂ должно превышать 85%.

В элекросталеплавильном производстве для легирования и раскисления применяются практически все известные ферросплавы и легирующие.

Все используемые для выплавки стали шихтовые материалы должны соответствовать требованиям действующих стандартов и технических условий. Основными шихтовыми материалами для выплавки стали являются: стальной лом, передельный чугун, отходы графитизированных электродов, металлургический кокс, плавиковый шпат, кварцит или кварцевый песок, свежеобожженная известь, различные ферросплавы (Fe-Cr, Fe-Si, Fe-Mn, Ti, Ni, Mo, W, V, Si-Cr, Si-V, B), силикомарганец, никель, силикокальций, алюминий, алюминиевые порошок, дробь, проволока катанка, технический глинозем, окатыши, агломерат, медьсодержащие отходы.

Шихта составляется следующим образом (в % от массы завалки):

блюминговая обрезь – до 40 %

в том числе ЗШ – до 15 %

чугун – до 30 %

стружка – до 5 %

лом и отходы с насыпной плотностью 0.8-1.2 т/м³ – остальное.

В бадью шихта укладывается таким образом, чтобы на подине располагалась малогабаритная, но плотная шихта, выше ее – тяжелая, сверху – мелочь. Также производится подача чугунной стружки в завалку и подвалку поверх основной части шихты, при этом масса разовой порции не должна превышать 4 тонны. Загрузка стружки в бадью производиться только магнитом для более равномерного ее распределения. Также в состав завалки включают и известь в количестве 3-5т от массы шихты или известняк в количестве до 7т.

1. Расплавление

После окончания завалки электроды опускают почти до касания с шихтой и включают ток. Под действием высокой температуры дуг шихта под электродами плавиться, жидкий металл стекает вниз, накапливаясь в центральной части подины. Электроды постепенно опускаются, проплавляя в шихте "колодцы" и достигая крайнего нижнего положения. По мере увеличения количества жидкого металла электроды поднимаются. Это достигается при помощи автоматических регуляторов для поддержания определенной длины дуги. Плавление ведут при максимальной мощности печного трансформатора.

Во время плавления происходит окисление составляющих шихты, формируется шлак, происходит частичное удаление в шлак фосфора и серы. Окисление примесей осуществляется за счет кислорода воздуха, окалины и ржавчины, внесенных металлической шихтой.

За время плавления полностью окисляется кремний, 40-60% марганца, частично окисляется углерод и железо. В формировании шлака наряду с продуктами окисления (SiO₂, MnO, FeO) принимает участие и окись кальция, содержащаяся в извести. Шлак к концу периода плавления имеет примерно следующий состав, %: 35-40 CaO; 15-25 SiO₂; 8-15 FeO; 5-10 MnO; 3-7 Al₂O₃; 0.5-1.2 P₂O₅. низкая температура и наличие основного железистого шлака благоприятствует дефосфорации. В зоне электрических дуг за время плавления испаряется от 2 до 5% металла, преимущественно железа.

В процессе расплавления возможна присадка в печь извести, а также твердых окислителей: железной руды, агломерата, железорудных окатышей, окалины. Для ускорения процесса проплавления металлошихты после завалки и подвалки используются стеновые или дверные газокислородные горелки (ГКГ). Подача кислорода, вводимого через сводовую водоохлаждаемую фурму, начинается после проплавления колодцев и образования жидкой ванны (через 10-15 минут после включения печи) с интенсивностью 1000-1500 м³/ч. Продувка в течение всего периода расплавления сопровождается перемещением фурмы вниз по мере оседания металлошихты. Возможна подача кислорода через фурму установки FUCHS с расходом до 3000 м³/ч. В конце расплавления производится обновление шлака. При этом количество и свойства шлака в печи должны обеспечивать работу с максимально возможным заглублением дуг в шлак, для чего в течение всего периода шлак поддерживается во вспененном состоянии периодическими присадками дробленого кокса порциями до 50 кг через сводовое загрузочное устройство или с использованием манипулятора фирмы FUCHS. Для обновления шлака производится его спуск через порог рабочего окна и присадку извести в количестве не менее 2000 кг порциями до 200 кг через сводовое загрузочное устройство.

Температура металла к моменту полного расплавления должна быть:

• для высокоуглеродистых сталей (содержание углерода 0.6%) 1500 – 1530 С;

• для низко- и среднеуглеродистых сталей (содержание углерода 0.6%) 1520 – 1560 С

Содержание углерода в пробе металла после полного расплавления должно быть на 0.10% выше верхнего предела содержания его в готовой стали. При необходимости науглероживание металла производится вдуванием углесодержащих материалов с помощью установки FUCHS и присадкой в печь чугуна.

1. Окислительный период

Задача окислительного периода плавки состоит в следующем:

а) уменьшить содержание в металле фосфора до 0.01-0.015%;

б) уменьшить содержание в металле водорода и азота;

в) нагреть металл до температуры близкой к температуре выпуска (на 120-130 С выше температуры ликвидуса).

Кроме того, за время периода окисляют углерод до нижнего предела его содержания в выплавляемой стали. За счет кипения (выделения пузырьков СО при окислении углерода) происходит дегазация металла и его перемешивание, что ускоряет процессы дефосфорации и нагрева.

Окисление углерода производится газообразным кислородом, вводимым через сводовую водоохлаждаемую фурму, расположенную над металлом на уровне 200-300 мм, с расходом 2000-3000 м³/ч; либо с помощью установки FUCHS. В случае необходимости применяются твердые окислители, вводимые через сводовое загрузочное устройство.

Окислительный период начинается с того, что из печи сливают 65-75% шлака, образовавшегося в период плавления. Шлак сливают, не выключая печь, наклонив её в сторону рабочего окна на 10-12. Слив шлака производят для того, чтобы удалить из печи перешедший в шлак фосфор. Удалив шлак, в печь присаживают шлакообразующие: 1-1.5% извести и при необходимости 0.15-0.25% плавикового шпата, шамотного боя или боксита.

В течение всего окислительного периода производится присадка шлакообразующих и твердых окислителей для поддержания количества и состава шлака в печи. При этом шлак должен быть пенистым, достаточно жидкоподвижным и самотеком сходить через порог рабочего окна. Для обеспечения работы печи с максимально возможным заглублением дуг в шлак производятся периодические присадки дробленого кокса порциями до 50 кг через сводовое загрузочное устройство или с использованием манипулятора фирмы FUCHS с расходом порошка кокса 15-65 кг/мин. и газообразного кислорода до 3000 м³/ч. Присадка руды вызывает интенсивное кипение ванны – окисляется углерод, реагируя с окислами железа руды с выделением большого количества пузырьков СО. Под воздействием газов шлак вспенивается, уровень его повышается и он стекает в шлаковую чашу через порог рабочего окна.

Во время окислительного периода производится отбор проб металла для определения химического состава металла. При достижении необходимого содержания углерода (не 0.6% для сталей со среднемарочным содержанием углерода до 0.25% и не более чем на 0.15% ниже нижнего уровня марочного предела для сталей с содержанием углерода 0.25%) и заданной температуры металла производится продувка металла инертным газом в течение 2-3 мин. или выдержка той же продолжительности, после чего производится отбор двух проб металла на химический анализ.

В течение всего окислительного периода идет дефосфорация металла по реакции:

Для успешного протекания той реакции необходимы высокие основность 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. 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.

К концу окислительного периода содержание фосфора в металле должно быть не более 0.012% для высококачественных сталей и сталей с нижним марочным пределом содержания марганца более 0.8% и не более 0.015% для остальных сталей. Для частичного снятия окисленности ванны возможна присадка до 1000 кг чугуна. При выплавке стали со средним марочным содержанием углерода до 0.25% присадка чугуна обязательна.

1. Раскисление и легирование стали

Раскисление стали производят диффузионным способом после образования жидкоподвижного шлака. 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 восстановительного 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.