ГлавнаяНикель практически не окисляется даже при очень высокой концентрации закиси железа в шлаке. Поэтому его вводят в завалку или в период плавления с таким расчетом, чтобы по расплавлении в жидком металле концентрация никеля была не выше нижнего предела, установленного заданным составом стали. Легирование никелем следует производить очень осторожно, так как понизить его концентрацию в случае ошибки чрезвычайно трудно. Это можно сделать только путем разбавления, если позволяет емкость печи и если заданное содержание никеля достаточно большое, а избыток его невелик.
Ранняя присадка никеля имеет определенные преимущества, потому что электролитический никель содержит много водорода. Во время кипения газы удаляются из металла. Если приходится добавлять никель в восстановительный период, желательно давать только прокаленный металл.
Корректирование состава стали по содержанию никеля целесообразно заканчивать в окислительный период плавки, доводя его содержание до концентраций, обеспечивающих получение среднего значения, определяемого составом стали, с учетом возможного разбавления прочими добавками в восстановительный период. В жидком металле никель быстро растворяется. Некоторые потери его возможны из-за испарения в зонах электрических дуг. Поэтому никель обычно загружают к откосам печи, где он может постепенно растворяться в мегалле; присаживают никель обычно в конце плавления. Обычно считают, что при плавке конструкционной стали, содержащей до 4% Ni, потери его не превышают 2%.
Никель можно вводить в шихту или добавлять в окислительный период плавки также в виде закиси никеля, подвергнутой предварительному окомкованию. В этом случае усваивается около 97% Ni.
Молибден, как и никель, практически не окисляется при выплавке стали. Ферромолибден очень тугоплавок, поэтому дается в печь в период кипения или в начале восстановительного периода после получения результатов анализа проб металла на молибден. Целесообразно подогревать ферромолибден, присаживаемый в печь, до 600°C. Для корректирования состава металла на 0,05—0,20% ферромолибден вводят также во время восстановительного периода плавки, но не позднее чем за 20—30 мин до выпуска. За это время при тщательном, перемешивании ванны он успевает раствориться и равномерно распределиться в стали. Иногда молибден вводят в сталь в виде более дешевого, чем ферромолибден, молибдата кальция. Вводить молибдат кальция следует не позднее чем в начале окислительного периода, так как он содержит много фосфора.
Вольфрам обладает несколько большим сродством к кислороду, чем никель или молибден. Если в шихте содержатся отходы вольфрамовой стали, то часть вольфрама окисляется во время плавления и в окислительный период. Вольфрам теряется также в виде летучих окислов WO3. Если содержание вольфрама в шихте составляет 0,5—1,0%, то его потери во время плавления и кипения ванны могут достигать 50%. Значительно уменьшить окисление вольфрама и потери его с окислительными шлаками удается при проведении окислительного периода под слабоосновными или магнезиально-кремнеземистыми шлаками.
Обычно ферровольфрам вводят в восстановительный период плавки постепенно, небольшими порциями, в небольших кусках, после подогрева, так как его температура плавления превышает 2000° С. Ферровольфрам имеет большую плотность, поэтому куски его опускаются на подину. Для лучшего растворения целесообразно загружать ферровольфрам возможно раньше (в самом начале восстановительного периода) в горячий металл и часто и глубоко перемешивать нижние слои металла, касаясь подины. Ферровольфрам нельзя давать в холодный металл, так как в этом случае он может собраться па подине в виде трудно растворяющегося «козелка».
Для корректирования состава металла по вольфраму можно загрузить в печь небольшое количество ферровольфрама за 30—40 мин до выпуска металла. Если присадить ферровольфрам позже, он не успеет раствориться в стали и останется па подине. Вольфрам впитывается подиной, особенно при первых плавках на новой подине. Поэтому после выплавки вольфрамистой стали (например, быстрорежущей с 18% W), прежде чем перейти на выплавку стали без вольфрама, необходимо сделать промывную плавку, т. е. выплавить сталь с небольшим содержанием вольфрама (например, инструментальную ХВГ с 1% W). По ходу этой плавки металл будет обогащаться вольфрамом за счет впитавшегося в подину. Степень усвоения вольфрама металлом составляет около 92%.
Хром, содержащийся в шихте, окисляется в период плавления и в окислительный период плавки. Поэтому феррохром при выплавке низколегированных сталей загружают либо после удаления окислительного шлака, либо после того, как в печи сформируется восстановительный шлак, содержащий не более 1,5% закиси железа. Первый способ целесообразней, так как при этом растворение феррохрома в металле происходит параллельно с раскислением шлака и металла. Это позволяет сократить общую длительность восстановительного периода плавки, и металл при этом получается несколько чище.
После присадки феррохрома шлак приобретает зеленый оттенок из-за небольшого окисления хрома. Для восстановления окислов хрома на шлак дают раскислительную смесь, благодаря чему шлак вскоре светлеет. Извлечение хрома обычно высокое, достигающее 96—97%.
Плотность феррохрома меньше, чем жидкого железа, поэтому куски феррохрома плавают па поверхности ванны. Чтобы ускорить растворение, куски феррохрома подталкивают в зону действия электрических дуг. Если количество присаживаемого феррохрома велико, его предварительно подогревают в нагревательной печи. В результате этого увеличивается производительность дуговой печи, повышается стойкость футеровки, сокращается расход электроэнергии.
Ванадии обладает значительно большим сродством к кислороду, чем железо. Содержащийся в шихте ванадий почти полностью переходит в шлак в окислительный период плавки. Поэтому ванадием легируют сталь в восстановительный период, вводя феррованадий за 20— 30 мин до выпуска металла из печи. В это время металл уже хорошо раскислен, в шлаке содержится не более 0,5% закиси железа, поэтому окисление ванадия невелико. Степень усвоения ванадия составляет примерно 95%.
Феррованадий легче стали, поэтому он плавает на поверхности ванны. Чтобы мелкий феррованадий не запутался в шлаке, его иногда вводят в металл в железных банках или жестяных пакетах, закрепленных на конце железного прута, погружаемого в металл.
Марганец в виде ферромарганца при выплавке сталей, содержащих примерно 0,3-0,8% Mn, вводит в начале рафинировки, до раскисления стали другими раскислителями. Если выплавляемая сталь содержит марганец как легирующий элемент, особенно если содержание его в стали превышает 10%, весь ферромарганец (или металлический марганец в зависимости от содержания углерода и фосфора в выплавляемой стали) вводят в первой половине рафинирования, после предварительного раскисления ванны.
Кремний растворяется в стали в процессе раскисления шлака. Его содержание в металле к концу плавки достигает 0,20—0,35%. При плавке кремнистых сталей в ванну присаживают кусковой 45- или 75%-ный прокаленный ферросилиций за 25—30 мин до выпуска, когда белый шлак рассыпается на воздухе в порошок. Угар кремния не превышает 10%. Ферросилиций обычно вводят из расчета на среднее содержание кремния в стали.
После ввода ферросилиция надо тщательно перемешать ванну, чтобы обеспечить более равномерное распределение кремния по всему объему металла. На некоторых заводах (у нас реже, за рубежом чаще) при выплавке такой высококремнистой стали, как трансформаторная, содержащая до 4% Si, для лучшего перемешивания металла и более равномерного распределения в нем кремния после ввода в печь ферросилиция плавку выпускают в ковш, а потом металл снова заливают в печь, после чего заканчивают восстановительный период.
Титан по сродству к кислороду уступает только алюминию. Он окисляется не только закисью железа, но и закисью марганца, окисью хрома и кремнеземом. Поэтому ферротитан вводят непосредственно перед выпуском. Если надо ввести более 0,25—0,30% Ti, предварительно скачивают около 90% шлака, поскольку титан, реагируя с находящейся в шлаке двуокисью кремния, окисляется и восстанавливает кремний. При добавке небольшого количества титана (примерно 0,06—0,10%) шлак можно не подкачивать. Угар титана составляет обычно 40—60%, возрастая при горячем металле. Для снижения угара ферротитан при выплавке конструкционной стали дают часто прямо в ковш. Иногда с этой же целью используют титановую губку, содержащую меньшее количество вредных цветных примесей.
Алюминий для легирования можно вводить в ковш или в печь. По способу Златоустовского металлургического завода алюминий вводят в печь незадолго до выпуска. Предварительно из печи удаляют шлак. Это делают для того, чтобы предотвратить восстановление кремния из шлака в металл. Чушки алюминия загружают на чистое зеркало при выключенной печи. После растворения алюминия загружают 1,5-2,0% шлакообразующих — извести и плавикового шпата. Затем печь включают на 10—15 мин, в течение которых формируется шлак из окиси и фторида кальция и глинозема. Этот шлак обладает высокой обессеривающей способностью. При выпуске из печи металл, перемешиваясь с таким шлаком, дополнительно рафинируется от серы и неметаллических включений. Угар алюминия при таком способе легирования конструкционных сталей, содержащих около 1% Al, составляет 15—25%.
Доведение плавки до заданного химического состава производится на основе результатов химического анализа проб металла, отбираемых во время восстановительного периода. Первая проба отбирается, как только на ванне образуется шлаковый покров, в ней проверяется содержание углерода, кремния, марганца и никеля. Содержание углерода впоследствии проверяют несколько раз с тем, чтобы во время заметить и предотвратить избыточное науглероживание металла электродами, восстановительным шлаком или легирующими добавками. Последний раз содержание углерода должно быть проверено за 10 мин до выпуска плавки. Если выплавляемая сталь легирована хромом, корректировать содержание углерода удобнее и дешевле добавками углеродистого феррохрома. Присадка для науглероживания чугуна невыгодна: чистый по содержанию фосфора и серы древесноугольный чугун дорог, он увеличивает массу плавки, на легирование присадки требуется дополнительное количество ферросплавов; излишний металл может увеличить количество отходов, если из него получится не целый слиток, а недоливок.
Состав стали по хрому корректируют по результатам проб, отобранных через 20 и 25 мин после присадки феррохрома. При совпадении этих анализов с расчетным можно доводить плавку. Если первый из двух анализов оказался выше, это может быть связано с недостаточным перемешиванием ванны. Следует снова тщательно перемешать ванну, убедиться, что весь феррохром расплавлен и снова отобрать пробу для проверки содержания хрома. Если результаты анализа двух проб на содержание хрома совпадают, но не соответствуют расчетному, это может оказаться следствием неточного взвешивания шихты.
Легирование сталей ближе к нижнему пределу заданного состава, особенно в тех случаях, когда в состав металла входят такие дорогостоящие добавки, как вольфрам, молибден или ванадий, позволяет экономить ценные ферросплавы. Содержание каждого элемента в стали ограничено определенными пределами. Например, в быстрорежущей стали P18 должно быть 17,5—19,0% вольфрама, 1,0—1,4% V. Качество стали не ухудшается, если содержание указанных элементов оказывается ближе к нижнему, а не к среднему пределу. При этом появляется возможность сэкономить 18,25—17,75 = 0,5% W и 1,20—1,10=0,10% V. В пересчете па ферровольфрам с 70% W и феррованадий с 40% V при выплавке 5-т плавок экономия на каждой плавке составит:
Однако выплавка стали в суженных пределах химического состава требует особенно внимательного и ответственного отношения к плавке со стороны сталевара. Необходимо тщательное перемешивание ванны перед отбором проб, точное взвешивание присадок, неукоснительное выполнение технологических инструкции, учет состояния печи и особенностей каждой плавки. Всегда надо иметь в виду, что состав металла предыдущей плавки может сказаться на содержании легирующих в следующей за ней плавке. После высоконикелевого сплава, высокохромистой или высоковольфрамистой стали обычно выплавляют одну-две плавки с низким содержанием никеля, хрома или вольфрама, прежде чем перейти к выплавке безникелевых сталей или сталей, не содержащих хром и вольфрам. Перед тем, как начать плавить нихром с 80% Ni, содержание железа в котором не должно превышать 1%, необходимо отмыть подину от железа, назначив сначала одну-две плавки хромоникелевой стали, затем нихрома с 60% Ni, содержащего до 25% Fe, и лишь после этого плавить нихром. Сталевар должен обеспечить проведение промывной плавки при повышенных температурах. Необходимость промывки вызывается тем, что в незаметных ямках и неровностях подины, в порах се всегда может остаться металл, который вредно повлияет на состав следующей плавки.