Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Скрап-рудный процесс — наиболее распространенная разновидность основного процесса, предусматривает переработку шихты с высоким содержанием (55—75%) жидкого чугуна. В связи с большим содержанием примесей в металлической части шихты для ускорения процесса рафинирования в шихту вводят значительное количество (до 12—20%) руды. Основное количество руды дают в завалку, частично руду присаживают по ходу процесса в период рудного кипения. Скрап-рудным процессом перерабатываются чугуны с низким содержанием фосфора (до 0,3%) и высокофосфористые чугуны с содержанием фосфора выше 1,4%. При работе на высокофосфористой шихте получаются шлаки с высокой концентрацией P2O5 (более 14%), которые используются как удобрение. Передел чугунов с 0,5—1,4% P является нерентабельным.
Процесс плавки складывается из ряда последовательных периодов заправки печи, завалки и прогрева шихты, плавления, кипения, раскисления и выпуска.
Заправка печи — это подготовка печи к очередной плавке. Она заключается в частичном обновлении футеровки и устранении ее дефектов. Заправку задней стенки и откосов начинают в конце доводки и производят во время выпуска предыдущей плавки по мере опорожнения печи. Для заправки применяют заправочные машины ленточного и роторного типа. Заправку производят при высоком тепловом режиме (70—80% максимального). По окончании заправки осматривают подину печи. Под готовка печи к плавке заканчивается закрытием сталевыпускного отверстия; эта операция производится в начале завалки шихты.
Завалка шихтовых материалов производится в определенном порядке, обеспечивающем быстрое расплавление и формирование активного шлака, сначала в печь загружают сыпучие материалы (руду и известняк). В настоящее время на подину, как правило, заваливают железную руду, затем известняк с рудой слоями, а заканчивают завалку стальным ломом. Каждый слой сыпучих материалов прогревают. Шихту загружают в печь завалочной машиной кранового или напольного типа; в современных цехах большой мощности обычно применяются машины напольного типа. Завалка шихтовых материалов производится через рабочие окна печи со стороны рабочей площадки. Ниже приведен пример состава шихты, т и порядок завалки ее в 500-г мартеновскую печь
После окончания завалки всю шихту прогревают. Во время завалки и прогрева поддерживается максимальный тепловой режим.
Чугун заливают на хорошо прогретую шихту из ковша через желоб устанавливаемый в рабочие окна.
Вскоре после заливки чугуна спускают первичный («сбегающий») шлак, как правило, через шлаковые отверстия в задней стенке печи или в некоторых случаях через порог среднего завалочного окна. Co шлаком удаляется значительное количество фосфора. С уменьшением толщины шлакового покрова ускоряется процесс теплопередачи и быстрее расплавляется шихта.
Примерный состав «сбегающего» шлака следующий: 20—25% SiO2, 3—5% Al2O3, 25—35% FeO, 3—5% Fe2O3, 12—20% CaO, 5—9% MgO, 15—36% MnO, 2—4% P2O5. Основность порядка 0,8—1,4.
Во время расплавления шихты разлагается известняк, выделяющаяся при этом CO2 вызывает так называемое «известковое» кипение, от которого ускоряются реакции окисления и нагревы ванны. Процесс плавления сопровождается интенсивным окислением примесей ванны. К моменту полного расплавления окисляется почти весь кремний, 60— 80% Mn, 60—90% P и значительное количество углерода. Как правило, по расплавлении в ванне остается углерода на 0,5—1,0% выше заданного.
После расплавления шихты начинается период кипения ванны. В этот период происходит обезуглероживание металла до заданного состава, дальнейшее удаление фосфора, удаление серы и нагрев металла до температуры, обеспечивающей нормальную разливку (рис. 25). Для интенсификации реакции окисления углерода в начале периода кипения периодически небольшими порциями присаживают руду (до 3% от веса металла). Эту часть периода кипения называют «полировкой» ванны или рудным кипением. Скорость окисления углерода в период рудного кипения обычно составляет 0,2—0,5% углерода в час.
Во время рудного кипения обычно производят второй спуск шлака, более высокой основности (1,4—3,8) и с меньшим содержанием закиси железа, чем в шлаке периода плавления (первичном). Спуском шлака и наводкой нового достигают дальнейшей дефосфорации металла и удаления части серы. Для наводки нового шлака вводят известь и одновременно боксит или шамотный бой, а затем руду. Таким образом поддерживают необходимую основность и жидкоподвижность шлака.
Продолжительность «полировки» зависит от состава и температуры ванны по расплавлении, состояния шлака и теплового режима. Тепловая нагрузка в этот период поддерживается на уровне до 75% от макси мальной.
Вторая стадия периода кипения — «чистое» или безрудное кипение — проводится без рудных добавок. Этот период доводки металла до заданного по углероду состава оказывает решающее влияние на качество стали Ванна переходит на чистое кипение при содержании углерода на 0,2—0,3% выше заданного. Интенсивность кипения в этот период несколько понижается, скорость окисления углерода 0,12—0,30% С/час.
Обычно в период чистого кипения происходит восстановление марганца из шлака Содержание марганца в металле в этот период составляет 0,10—0,25%; основность шлака перед раскислением должна быть в пределах 2,2—3,5. Высокая основность обеспечивает получение металла с содержанием серы и фосфора ниже 0,05%.
Состав металла и шлака по ходу плавки периодически контролируют. За 30 мин. до раскисления через каждые 10 мин. отбирают пробы металла для анализа. По достижении среднезаданного содержания углерода металл раскисляют, а при выплавке легированнных сталей легируют. Примерная продолжительность отдельных периодов плавки в 500-г печи указана в табл. 13. Ниже дан материальный баланс скрап рудного процесса в 500-г печи при выплавке стали марки Ст Зкп.
Скрап-процессом перерабатывают шихту, преимущественно состоящую из скрапа. Стальной лом обычно дешевле чугуна, поэтому расход чугуна в шихту должен быть минимальным; он определяется необходимым для нормального проведения процесса плавки содержанием углерода. При этом учитывают, что часть углерода шихты выгорает при плавлении шихты. Содержание углерода по расплавлении должно быть на 0,4—0,6% выше заданного в готовой стали. При скрап-процеесе применяется чугун, содержащий около 1 % Si и повышенное количество марганца (до 2% и более); желательно, чтобы содержание марганца в шихте было не менее 1%.
Характерная особенность скрап-процесса заключается в том, что окисление примесей ввиду их сравнительно малого содержания в шихте происходит в основном за счет атмосферы печи. В связи с этим отпадает необходимость вводить руду в завалку. Небольшое количество руды (до 3%) добавляют по ходу плавки лишь для улучшения дефосфорации и для интенсификации кипения металла.
Существуют следующие разновидности скрап-процесса: на твердом чугуне, на жидком чугуне и карбюраторный. Процесс плавки во всех этих вариантах скрап-процесса складывается из тех же последовательных периодов, что и при скрап-рудном процессе, т. е. заправки печи, завалки и плавления шихты, кипения и раскисления. Однако при различных вариантах скрап-процесса состав шихты и физическое состояние ее металлических составляющих различно. Это приводит к ряду технологических особенностей и отражается на продолжительности периода завалки и плавления, а следовательно, на длительности всей плавки.
При работе на твердом чугуне (рис. 26) завалка и плавление идут медленнее и составляют от 2/3 до 3/4 времени всей плавки. Особое внимание при этом следует обращать на последовательность загрузки шихтовых материалов, которая в значительной мере влияет на скорость плавления шихты. Рекомендуется сначала на подину заваливать чистый мелкий лом (10—25% от общего веса лома), а затем более крупный лом, чугун и известняк.
По расплавлении, в период кипения при выплавке сталей с содержанием фосфора ниже 0,05% скачивают первичный железистый шлак. Для ускорения окисления углерода и фосфора перед спуском шлака в печь присаживают железную руду. Основность скачиваемого шлака должна быть порядка 1,5—2,0. В ряде случаев, особенно при выплавке мало ответственных сортов стали, шлак не скачивают; необходимая степень дефосфорации достигается при постепенном повышении основности шлака.
После скачивания наводят новый шлак более высокой основности (2—2,2), вводя в печь известь и боксит. В период чистого кипения металл доводят до необходимого состава и температуры; при этом контролируют состав шлака, состав и температуру металла.
Подобный ход плавки сохраняется в основном и при скрап-процессе на жидком чугуне. Применение жидкого чугуна позволяет существенно сократить продолжительность завалки и плавления, а значит и всей плавки. Для расплавления чугуна на заводах, не имеющих доменных печей, используют вагранки. В настоящее время работают вагранки на горячем дутье с суточной производительностью до 480 т. Состав ваграночного чугуна зависит от состава применяемой шихты, т. е. от соотношения загружаемых в вагранку лома и чугуна и содержания серы в коксе. Доля жидкого ваграночного металла в шихте мартеновской печи составляет 30—45%.
Применение жидкого чугуна в скрап-процессе приводит к увеличению производительности мартеновских печей до 30%.
Карбюраторный вариант скрап-процесса предусматривает переработку шихты из стального скрапа. Необходимого для нормального проведения процесса плавки содержания углерода в шихте достигают, вводя в шихту при завалке карбюризаторы (антрацит, каменноугольный, торфяной или нефтяной кокс). Недостаток марганца компенсируют, добавляя в шихту марганцевую руду, ферромарганец или зеркальный чугун. Для восполнения недостатка SiO2 в шлаке практикуют подкидку на шлак песка. Карбюраторный процесс является процессом вынужденного характера; при работе этим процессом уменьшается производительность печи, увеличивается расход топлива и сокращается кампания печи.