Главная
Отходы при переделе слитков в полуфабрикаты — прокат, кованые заготовки — на заводе качественных сталей достигают 25—40% массы слитков. Дополнительное количество отходов, главным образом стружки, облоя, образуется на машиностроительных заводах. Эти отходы содержат ценные легирующие элементы — никель, хром, вольфрам, молибден, ванадий и др. Рациональное использование отходов сулит огромную экономию легирующих, электроэнергии, увеличение производительности электропечей.
В окислительный период плавки полностью или частично окисляются такие компоненты шихты, как марганец, кремний, хром, ванадии и т.п. Титан и алюминий полностью переходят в шлак еще во время плавления. При выплавке стали с полным окислением образующиеся окислы удаляются из печи вместе со шлаком и безвозвратно теряются. С целью сохранения содержащихся в отходах легирующих элементов ведут их переплав без окисления. При таком способе плавки в шихту не вводят руду и стараются ограничить окислительные процессы, протекающие при плавлении.
Слабой стороной этого способа плавки является отсутствие условий для удаления углерода, фосфора и газов — азота и водорода, содержащихся в шихте. Поэтому приходится подбирать шихту таким образом, чтобы содержание этих элементов в ней было заведомо ниже, чем в готовой стали.
Обычно шихту составляют из отходов сталей нескольких марок с таким расчетом, чтобы содержание углерода в ванне по расплавлении не превышало нижнего предела заданного состава. При этом учитывают, что за время плавления металл может науглеродиться электродами примерно на 0,03%. Содержание фосфора в шихте не должно быть выше 0,0)5—0,020%. Для понижения содержания углерода и фосфора в шихту иногда вводят, помимо легированных отходов, шихтовую заготовку — мягкое железо (МЖ), выплавленное в мартеновской печи и раскисленное лишь небольшим количеством марганца. Мягкое железо в 2—3 раза дороже отходов низколегированной конструкционной стали, поэтому вместо него выгоднее применять лом или отходы низкоуглеродистой и низкофосфористой стали.
Что касается газов и неметаллических включений, то работами советских ученых доказано, что сталь, полученная методом переплава, при надлежащем ведении плавки ни по содержанию газов, ни по содержанию неметаллических включений, ни по плотности не отличается от выплавленной с окислением. Особенно важно в этом отношении, чтобы на всех стадиях плавки использовалась свежеобожженная известь и прокаленные флюсующие материалы и легирующие. Часть извести можно заменить известняком. Хотя при этом несколько возрастают затраты электроэнергии (на разложение известняка), тем не менее известняк не содержат влаги, а выделение двуокиси углерода при разложении известняка способствует перемешиванию и дегазации ванны. Отсутствие кипения на плавках без окисления заставляет быть особенно внимательным к качеству сырых материалов — все они должны быть, безусловно, сухими, металлическая шихта не должна быть ржавой. Чтобы металл как можно раньше оказался изолированным от атмосферы шлаком, в завалку, как правило, вводят 1—1,5% извести.
До загрузки шихты в печь подсчитывают содержание различных элементов в шихте и ожидаемый анализ металла по расплавлении. Поскольку возможности для удаления элементов при переплаве весьма ограничены, правильный подбор и взвешивание шихты являются залогом успешного проведения плавки. Содержание легирующих элементов в шихте должно быть близко к нижнему пределу, требуемому техническими условиями на данную марку стали. Если для получения заданного состава стали необходимо добавить хром или вольфрам, соответствующие ферросплавы вводят в завалку. Тугоплавкий ферровольфрам и мягкое железо загружают ближе к середине, а феррохром во избежание науглероживания — ближе к откосам.
Загрузка и плавление шихты производятся обычным образом. В процессе плавления компоненты шихты окисляются кислородом воздуха и окислами, содержащимися в шихтовых материалах. Степень окисления различных легирующих элементов зависит от их сродства к кислороду, от количества воздуха, поступающего в печь, от количества окислов, поступающих с шихтовыми материалами, от химического состава шихты, от длительности плавления. Для ориентировочных расчетов можно принять следующие величины угара: 100% Al, 80—90% Ti, 40-60% Si, 15—25% V, 15-25% Mn, 10—15% Cr и 5—15% W. Известь или известняк, присаживаемые в печь во время плавления, ошлаковывают образующиеся окислы легирующих элементов.
После расплавления шлак подкачивают лишь в том случае, если он обогащен окисью магния из-за перехода в него той части заправочных материалов, которая не приваривалась к футеровке. Повышенное содержание окиси магния препятствует получению раскисленного белого или карбидного шлака нормальной жидкоподвижности. Поэтому густой магнезиальный шлак приходится удалять из печи частично или полностью. При нормальном состоянии футеровки шлак по расплавлении получается достаточно жидкоподвижным, чтобы можно было сразу приступать к его раскислению. Раскисление, десульфурацию и легирование плавки выполняют обычным образом. При этом, однако, наряду с окислами ценных легирующих элементов восстанавливается и полностью переходит в сталь фосфор.
Важным условием получения стали высокого качества является высокая температура металла. Нагревать металл следует во время расплавления шихты и за тот 20-мин промежуток времени, пока лаборатория производит анализ пробы металла по расплавлении. Если плавка проводится со скачиванием шлака, то нагревать металл следует до скачивания. Необходимо избегать местного перегрева металла; для этого нужно часто и энергично перемешивать ванну в конце плавления и в восстановительный период плавки.
Качество стали, выплавленной без окисления с использованием в шихте легированных отходов, достаточно высокое и в большинстве случаев удовлетворяет предъявляемым требованиям. Рассматриваемый способ плавки обладает рядом серьезных преимуществ:
1. Благодаря использованию легирующих элементов, содержащихся в шихте, удается более чем вдвое сократить расход свежих ферросплавов.
2. Общая продолжительность плавки сокращается благодаря исключению окислительного периода и уменьшению длительности восстановительного периода на 10—20%.
3. Удельный расход электроэнергии и удельный расход электродов уменьшается на 10—15%.
4. Стойкость футеровки стен печи возрастает, что способствует снижению удельного расхода огнеупоров и наряду с другими перечисленными выше обстоятельствами обеспечивает существенное увеличение производительности печей.
Применение газообразного кислорода позволило усовершенствовать выплавку электростали на шихте из легированных отходов, применив переплав с частичным окислением, обеспечивающий окисление углерода при сохранение хрома. В этом случае сохраняются повышенные требования к шихте в отношении низкого содержания фосфора. Шихту составляют таким образом, чтобы содержание углерода в расплавленном металле было на 0,1—0 2% выше конечного требуемого содержания углерода в стали, а содержание фосфора — ниже допускаемого содержания в стали. Чтобы уменьшить угар хрома при продувке ванны кислородом и ускорить нагрев металла, в шихту вводят до 1 % Si за счет отходов кремнистых сталей или 45%-ного ферросилиция. Вместе с металлической шихтой или по ходу плавления присаживают около 2% от массы шихты извести или известняка.
Плавление шихты ведут как обычно. Во время расплавления окисляются титан, алюминий и часть кремния, марганца, фосфора, вольфрама, хрома, углерода и других элементов. Если в шихте содержится вольфрам, то целесообразно плавление и окисление проводить под полукислым магнезиально-кремнеземистым шлаком, так как в основном шлаке трехокись вольфрама образует прочное соединение — вольфрамат кальция CaO-WO3, вследствие чего возрастают потери вольфрама и затрудняется его последующее восстановление. После расплавления берут пробу металла и окисляют 0,1—0,2% С, продувая ванну газообразным кислородом в течение 7—10 мин Благодаря кипению ванны происходит удаление газов и быстрый нагрев металла. После продувки шлак раскисляют молотым коксом и ферросилицием, добиваясь восстановления окислов хрома, вольфрама и других ценных легирующих элементов. Одновременно восстанавливается и фосфор. Если в печи накапливается большое количество шлака, то часть раскисленного шлака скачивают. В дальнейшем плавку ведут обычным образом.
Благодаря отсутствию в шихте тугоплавкого мягкого железа и ускорению плавления шихты и нагрева ванны за счет применения газообразного кислорода период расплавления сокращается не менее чем на 20%. В результате при переплаве отходов с применением кислорода плавка оказывается короче, чем плавка без окисления, снижение удельного расхода электроэнергии достигает 15%, а качество стали улучшается благодаря снижению содержания газов. Несмотря на некоторое увеличение потерь легирующих из-за повышенного угара, переплав отходов конструкционных сталей с применением кислорода бесспорно выгоден.
