Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Кислым мартеновским процессом выплавляют высококачественные стали ответственного назначения (шарикоподшипниковую, инструментальную, специальную и др.). Высокое качество изделий, изготовленных из кислой стали, обусловлено меньшей степенью анизотропности металла (разница в свойствах продольных и поперечных образцов), меньшей загрязненностью и особым характером неметаллических включений в стали.
В кислой мартеновской печи под изготовлен из высококремнеземисгых материалов (кварциты, кварцевый песок с содержанием не менее 94—97% SiO2) наварным или набивным способом. На наших заводах принят наварной способ. Из смеси кварца, кварцевого песка и оборотного кислого шлака на предварительно ошлакованную динасовую подину последовательно наваривают отдельные слои толщиной 15— 20 мм. Состав смеси для наварки отдельных слоев изменяют, причем последние рабочие слои состоят из чистого кварцевого песка. Общее число слоев 20—25, высота наварки 350—400 мм. На заводах Англии подины кислых печей изготавливают набивкой из смеси ганистра (95,32% SiO2, 1,23% Al2O3, 0,86% Fe2O3) и дробленого шамота в отношении 6:1.
Кислая подина требует тщательного ухода. Перед каждой плавкой обновляют поверхностный слой, подсыпая свежий песок. Рабочие слои подины периодически стравливают и взамен наваривают новые.
В качестве шихтовых материалов в кислом процессе используют древесноугольный или высококачественный коксовый чугун, скрап, специальную (шихтовую) заготовку, выплавленную в основных мартеновских печах. На заводах Швеции широко применяют губчатое железо. Основное требование к шихтовым материалам — чистота по сере и фосфору, так как при плавке не удаляются эти примеси. Малосернистым должно быть также топливо.
Плавку ведут на твердой завалке или на жидком полупродукте, полученном в основной печи (дуплекс-процесс: основная — кислая мартеновская печь).
Примерные составы шихт и расплавленного металла приведены в табл. 10.
В шихту кислого процесса при твердой садке обычно не вводят флюсующие материалы и железную руду.
Плавление шихты при кислом процессе сопровождается образованием кислого шлака, состоящего преимущественно из SiO2 с MnO и FeO. По ходу плавки состав шлака постепенно изменяется содержание SiO2 по расплавлении достигает 45—48%, к концу плавки 50—60%. Шлаки, насыщенные кремнеземом (55—62%), очень вязкие, имеют слабоокислительный характер и затрудняют передачу кислорода от газовой фазы к металлу. В связи с этим окисление углерода в кислом процессе идет примерно в два раза медленнее, чем в основном. Низкая окислительная способность кислых шлаков объясняется или тем, что закись железа находится в этих шлаках в связанном состоянии, или, если рассматривать шлаки с ионной точки зрения, наличием сложных анионов кремния (SiO4в-4 и др ), которые понижают активность анионов кислорода.
В период кипения содержание кислорода в металле в кислой печи ниже, чем в основной, при одинаковой концентрации углерода. Подобно основной печи, содержание кислорода в металле в кислой печи в период кипения определяется концентрацией углерода. Наличие слабоокислительных насыщенных кремнеземом шлаков и высококремнеземистая наварка пода при высоком температурном режиме создают при кислом процессе благоприятные условия для восстановления кремния.
Кремний восстанавливается в период кипения ванны, когда в связи с возрастанием температуры активность углерода максимальная. Процесс восстановления происходит преимущественно на поверхности раздела подина — металл в результате взаимодействия кремнезема пода и откосов с углеродом металла
SiO2 + 2[С] = [Si] + 2{CO}.
Возможно, что углерод оказывает и косвенное воздействие, в этом случае восстановителем служит железо.
Концентрация кремния в металле в период кипения будет определяться соотношением скоростей двух параллельно идущих процессов —-восстановления кремния пода и окисления его шлаком. Изменяя окислительную способность и вязкость кислого шлака (добавлением руды или извести), можно изменять скорость окисления кремния и, значит, регулировать содержание кремния в металле.
В практике применяются два варианта кислого процесса: кремневосстановительный или пассивный и активный с ограниченным восстановлением кремния.
При кремневосстановительном варианте процесса допускается восстановление кремния до заданного содержания его в готовой стали до 0,20—0,25%. Процесс весьма длительный, что существенно снижает производительность печи. Положительные стороны этого варианта процесса — высокое качество стали и малый расход раскислителей, руды и известняка.
При активном варианте процесса восстановление кремния ограничивают 0,10—0,12% (рис. 29), для чего на шлак периодически подкидывают небольшое количество железной руды или окалины, а иногда и извести (до 5% в шлаке). Активный процесс менее длительный, но требует большего расхода раскислителей.
На наших заводах распространены оба варианта кислого мартеновского процесса, в Швеции — кремневосстановительный, а в США и Англии — активный.
В Швеции для интенсификации процесса в последнее время применяют продувку ванны кислородом. Окончательное раскисление кислой стали, например шарикоподшипниковой, производят в печи и ковше силикокальцием и алюминием, силикоцирконием и алюминием или одним алюминием.
