1404
.pdfПод кислой печи принимает активное участие* в протекающих в ванне процессах. Поэтому подина значительно изнашивается, что требует трудоемкой и весьма длительной заправки печи (1,5—2,5 ч) после каждой плавки.
Состав кислого мартеновского шлака после расплавления ших ты следующий: 15—20% FeO; 20—30% МпО и 42—47% Si02.
.Содержание кремнезема в шлаке к концу плавки постепенно увеличивается, достигая 55—60%. Шлак насыщается кремнеземом из материала пода и стен печи.
При повышении температуры ванны происходит восстановление кремния из насыщенного кремнеземом шлака углеродом или мар ганцем
(Si02)Hac + 2 [С] = [Si] 4- 2СО;
(Si02)liac + 2 [Mn] = [Si] + 2 (МпО).
Одновременно с этим идет процесс окисления кремния закисью железа шлака
[Si] + 2 (FeO) = (Si02) + 2Fe.
Этому способствует непрерывное поступление кислорода из
.окислительной атмосферы печи в шлак и к границе раздела шлак — металл.
Содержание кремния в металле определяется соотношением скоростей этих реакций. Интенсифицировать процессы окисления примесей в кислой печи можно введением в печь железной или марганцевой руды, извести, а также продувкой кислородом или
воздухом. |
; |
В настоящее время |
плавку в кислых печах ведут по двум |
технологическим вариантам: с ограничением восстановления кремь ния (активный процесс); без ограничения восстановления кремний (пассивный или кремневосстановительный процесс). • Если в процессе плавки в печь не вводится добавок, то по мере повышения температуры и насыщения шлака кремнеземом концентрация восстановленного кремния в металле постепенно возрастает до 0,6%. Увеличение вязкости кислого шлака снижает при этом скорость перехода в шлак кислорода из атмосферы печи. В результате кипение ванны практически прекращается. Такой процесс называется пассивным или кремневосстановитель ным и используется обычно на заключительной стадии доводки
плавки.
При активном процессе в печь присаживают небольшими пор циями железную или марганцевую руду (или продувают ванну кислородом либо воздухом). Процесс сопровождается кипением ван ны со скоростью выгорания углерода 0,2—0,3% С/ч. За 30—40 мин до раскисления металла введение руды прекращают, но ванна продолжает кипеть за счет окисления углерода закисью железа шлака со скоростью 0,10—0,15% С/ч. В этих условиях кремний не восстанавливается.
Кислая мартеновская сталь отличается низким содержанием кислорода (0,006—0,010%), азота (0,0010—0,0015%) и водорода (2—4 см?[100 г металла).
Чистота шихты обеспечивает получение стали с низким со держанием серы, фосфора и неметаллических включений.
Отличительной особенностью кислой стали является меньшая, чем у основной стали, анизотропия механических свойств, особен но ударной вязкости, большая пластичность. Кислую сталь также отличает стабильность механических свойств.
Несмотря на более высокое качество кислой мартеновской ста ли, производство ее постепенно ограничивается. Кислая сталь идет лишь на изготовление особо ответственных изделий.
Интенсификация и пути совершенствования мартеновского процесса
Улучшение технико-экономических показателей мартеновского процесса может достигаться различными путями его интенсифи кации и совершенствования. Основные усилия направлены на:
внедрение более совершенных технологических приемов ведения процесса плавки (применение кислорода, сжатого воздуха, офлюсованного агломерата и руд но-флюсовых брикетов, подготов ка металлической шихты и др.);
интенсификацию тепловых процессов (применение высокока лорийного топлива, улучшение конструкции сожигательных уст ройств, улучшение качества огне упоров и др.);
разработку новых конструк ций и увеличение емкости печей (плоские своды шлаковиков и ре генераторов, печи без передней стенки, двухванные печи и др.);
улучшение организации про изводства;
автоматизацию процесса и механизацию технологических опе раций.
Для более полного использования тепла отходящих газов в последнее время начали сооружать двухванные или «тандем-печи» (рис. 29).
В то время как в первой ванне протекают процессы, тре бующие большой затраты тепла — нагрев твердых шихтовых ма териалов и их плавление, во второй ванне осуществляется про дувка расплавленного металла, кислородом, т. е. образуется зна
чительный избыток тепла, которое частично утилизуется в холод ной первой ванне. Шихтой таких печей является стальной лом и жидкий чугун в отношении 1 1.
§ 5. Разливка стали
Выплавленную сталь выпускают в сталеразливочный ковш и затем разливают в чугунные изложницы или направляют на ма шины непрерывной разливки.
Разливка стали — это заключительный и важнейший этап ее производства, совершенствование которого может служить резер вом увеличения выпуска стали. Достаточно сказать, что 10—20% выплавленной стали обычно возвращаются в переплав из-за де фектов, образующихся в стали в процессе разливки.
Разливка в изложницы
Применяют два основных способа разливки стали в изложни цы— сверху и сифоном (рис. 30). При разливке сверху сталь поступает непосредственно в изложницу, где и кристаллизуется.
Рис. 30. Схемы разливки стали:
а — сверху; б — сифоном; 1 — сталеразливочный• -ковш; 2 — изложница; 3— поддон; 4 — центровой литник; 5 — прибыльные надставки; 6 — сифонный
кирпич
При сифонной разливке сталь из ковша поступает в центровой литник и затем по каналам сифонного кирпича в поддоне направ ляется в изложницы. Оба способа имеют определенные преиму щества и недостатки.
При разливке стали сверху упрощается оборудование и его
подготовка, снижается стоимость разливки, не затрачивается ме талл на литники, возможна отливка очень крупных слитков для поковок. Недостатками этого способа разливки являются плохая поверхность слитков, большая продолжительность разливки и ухудшение стойкости футеровки ..ковша и. условий работы сто пора.
Сифонная разливка стали имеет ряд преимуществ. Можно одновременно отливать несколько слитков, что сокращает продол жительность разливки, поверхность слитка получается чистой, увеличивается стойкость футеровки ковша и улучшаются условия работы стопора, можно наблюдать за разливкой и регулировать* скорость наполнения изложниц. Недостатки сифонной разливки^ повышенная стоимость разливки в связи с необходимостью испольг зовать дополнительное оборудование и большими затратами труда: на сборку поддонов и центровых литников, дополнительный рас ход металла на литники.
Выбор способа разливки стали определяется ее качеством и назначением, а также оборудованием сталеплавильного и прокат ного цехов. Более 80% качественных и высококачественных сталей разливают сифоном в слитки весом не более 2,5 г.
Кипящую стальотливают в изложницы без прибыльных над
ставок, спокойную — в изложницы с прибыльными |
надставками. |
С т р у к т у р а с л и т к а с п о к о й н о й * с т а л и |
характери |
зуется наличием трех зон: тонкой наружной зоны мелких кристал
лов; |
зоны столбчатых .кристалов‘>с осью, |
перпендикулярной стен |
кам |
изложницы (т. е. ориентированных |
в направлении отвода |
тепла); центральной зоны.крупных неориентированных-кристаллов. В верхней (прибыльной) части слитка находится усадочная раковина (см; рис> 16), причиной Образования которой является увеличение Шютнбсти Стали пфи кристаллизации. Прибыльную часть слитка' в количестве 10^15%' от массы Металла обычно
отрезают при прокатке и направляют в переплав.
Использование теплоизолирующих или эндотермических сме сей для засыпки в прибыли (смеси алюминия, ферросилиция, кокса
и др.) |
и других способов обогрева прибыли |
(электрической дугой, |
|||
газом) |
позволяет |
увеличить |
выход годного |
металла на |
5—8%. |
С т р у к т у р а |
с л и т к а |
к и п я щ е й с т а л и также |
неодно |
родна. Здесь можно выделить следующие зоны: плотную наруж ную корку без пузырей; зону продолговатых (сотовых) пузырей; промежуточную плотную зону; зону вторичных округлых пузырей; плотный металл центральной пасти слитка (см. рис. 16).
Подобный характер строения слитка кипящей стали опреде ляется условиями и интенсивностью газовыделения при кристал
лизации стали. |
|
с т а л ь н ы х |
с л и т |
Х и м и ч е с к а я н е о д н о р о д н о с т ь |
|||
ков, возникающая |
вследствие ликвации примесей стали |
(углеро |
|
да, серы, фосфора |
и др.) при затвердевании |
металла, может при |
вести к получению изделий с неравномерными свойствами и браку.
Наиболее сильно ликвируют сера (~30% ), фосфор (~25% ), кислород и углерод (~20% ).
В слитках кипящей стали содержание ликвирующих элементов возрастает по направлению от низа к верху и от периферии к центру .слитка. Поэтому обрезь головной части слитка, кипящей
.стали обычно составляет 6—10%. Обрезь донной части слитков кипящей и спокойной стали не превышает 3—4%.
, В слитках спокойной стали ликвация выражена1;.!слабее, чем в кипящей. В верхней части наблюдается положительная* ликва ция, в. нижней — отрицательная.
В слитках полуспокойной стали обрезь головной части слитка
не превышает 5%. |
вследствие слабого развития ликвации и отсут |
|
ствия усадочной раковины. |
j |
|
Т е мп е р а т у р а |
с т а л и и с к о р о с т ь |
р а з ли в к и 'Оказы |
вают большое влияние на качество стального слитка.
Очень высокая температура стали при разливке обычно при водит к увеличению газонасыщенности слитка,’ его химической неоднородности, поражению продольными трещинами.: При отлив ке холодной,, более вязкой стали затрудняется всплывание неме таллических включений, получаются слитки с развитой осевой пористостью и рыхлостью, на поверхности слитка образуются плены.
Скорость разливки, характеризуемая скоростью подъема., стали в изложнице, обычно изменяется в пределах 0,25—Г м/мин.
Оптимальные температуры и скорости разливки подбирают с учетом массы слитка, способа разливки, состава и 'свойств стали.
Непрерывная разливка
Сущность непрерывной разливки стали заключается в том, что жидкую сталь непрерывно подают в водоохлаждаемую мед ную, без дна изложницу — кристаллизатор. Из нижней части кри сталлизатора вытягивается полузатвердевший слиток (рис. 31). Перед началом разливки в кристаллизатор снизу вводят металли ческую штангу (затравку), сечение которой совпадает с сечением кристаллизатора.. Верхняя часть затравки является «дном» кри сталлизатора, а нижнйй конец находится в тянущих валках.
Вытягиваемый из кристаллизатора слиток стали с жидкой
.сердцевиной попадает в зону вторичного охлаждения, состоящую из опорных роликов с большим числом форсунок для подачи воды на поверхность слитка.
После полного затвердевания металла слиток попадает в вал ки тянущей клетки и затем на газорезку.
Глубина жидкой фазы (сердцевины) в слитке в зависимости от его сечения может составлять 8—17 м. Поэтому высота вер
тикальной. установки |
для непрерывной разливки стали |
дости |
гает 35 м. |
количества одновременно отливаемых |
слит |
В зависимости от |
ков установки для непрерывной разливки стали могут быть одно-, двух-, четырех- и восьмиручьевыми. Получают распространение установки вертикального типа с изгибом слитка и установки ра
диального |
типа. В этом случае |
значительно уменьшается |
высота |
|||||||||||
|
|
|
|
|
установки и снижается стоимость их со |
|||||||||
|
|
|
|
|
оружения. Действующие |
установки |
для |
|||||||
|
|
|
|
|
непрерывной разливки стали |
позволяют |
||||||||
|
|
|
|
|
разливать плавки массой до 140 г. |
стали |
||||||||
|
|
|
|
|
Способ непрерывной |
разливки |
||||||||
|
|
|
|
|
имеет ряд преимуществ: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
увеличивается выход годного металла, |
|||||||||
|
|
|
|
|
так как обрезь не превышает 5%; |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
улучшается |
качество |
поверхности и |
|||||||
|
|
|
|
|
уменьшается химическая |
неоднородность |
||||||||
|
|
|
|
|
слитка; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уменьшаются капитальные затраты на |
|||||||||
|
|
|
|
|
строительство металлургического завода, |
|||||||||
|
|
|
|
|
гак как |
отпадает необходимость |
в |
об |
||||||
|
|
|
|
|
жимных станах |
(блюминге» слябинге); |
|
|||||||
|
|
|
|
|
устраняются |
затраты |
на |
изложницы, |
||||||
|
|
|
|
|
поддоны, надставки и на их подготовку к |
|||||||||
|
|
|
|
|
разливке; |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
облегчаются условия труда; |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
создаются условия для полной меха |
|||||||||
|
|
|
|
|
низации и автоматизации разливки. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
Слитки непрерывной разливки |
имеют |
||||||||
Рис. |
31. Схема |
установки |
мелкозернистую |
структуру, |
менее |
разви |
||||||||
тую химическую неоднородность и более |
||||||||||||||
для |
непрерывной |
разливки |
||||||||||||
|
стали: |
|
|
чистую поверхность, чем слитки других |
||||||||||
/ — промежуточный |
сталсразли- |
способов разливки стали. Однако при не |
||||||||||||
вочный ковш; |
2 — кристаллиза |
прерывной разливке возникают специфи |
||||||||||||
тор; 3 — зона вторичного |
охлаж |
|||||||||||||
дения; |
4— валки тянущей |
клеги; |
ческие дефекты |
в |
слитках |
стали — про |
||||||||
|
5 — газорезка |
|
дольные |
трещины, |
развитая |
осевая |
по- |
|||||||
ристость, |
образование |
|||||||||||||
в центре |
слитка |
«'мостов» |
с |
участками |
||||||||||
пустот, внутренние трещины и др. |
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 6. Выплавка стали в дуговых электропечах
Электрическая печь для выплавки стали имеет ряд технологи ческих преимуществ по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами. В этих печах можно создавать окислительную, восста новительную или нейтральную атмосферу. Выплавка высоколеги рованных сталей особого назначения (нержавеющей, жаростойкой и жаропрочной, электротехнической и др.), а также инструмен тальной, шарикоподшипниковой и конструкционной осуществляется в электропечах.
Доля электростали составляет 10% от общего производства стали.
Наибольшее распространение получили дуговые электропечи емкостью от 5 до 100 г. Дуговая печь емкостью 100 т (рис. 32) состоит из металлического кожуха со сферическим днищем. Печь оборудована съемным сводом, футеровка которого набирается в железном кольце. Опорами печи являются два сектора, с помощью которых осуществляется наклон печи. Печь питается трехфазным током, подводимым через электродержатели к трем графитовым электродам.
Шихту загружают сверху загрузочной корзиной. Перед за грузкой шихты свод печи отворачивают в сторону с помощью иолупортального крана.
Печи большой емкости (более 25 т) снабжены устройствами для электромагнитного перемешивания ванны и механизмом пово рота ее вокруг вертикальной оси. Эти приспособления ускоряют плавление шихты, нагрев и выравнивание состава металла, а так же протекание диффузионных процессов в ванне.
Отвод газов, выделяющихся из печи в процессе плавки (5000—7000 м3/т), осуществляется через зонт или через специаль ные отверстия в своде и подвижный патрубок. Затем следует
очистка газов от пыли с 1,5—8,0 до 0,15 г/л«3. |
|
Для малых печей (до 5 т) применяют угольные электроды, |
|
для более крупных печей — графитированные. Рабочее напряже |
|
ние при плавлении шихты составляет |
100—120 в на малых печах |
и 400—600 в на крупных, а величина |
тока измеряется тысячами |
и десятками тысяч ампер. |
трансформаторами мощно |
Дуговые электропечи оборудованы |
стью до 45 000 ква, переключателями ступеней напряжения, авто матическими регуляторами мощности, автоматическими выключа телями и другим электрооборудованием, обеспечивающим без опасную работу обслуживающего персонала и экономичную ра боту печей в оптимальном режиме.
Для футеровки основных электропечей применяют магнезит, магнезито-хромит, доломит, шамот и динас; в качестве теплоизо ляционных материалов — асбест, диатомит и легковесный кирпич.
Подина печи состоит из теплоизоляционного слоя (асбест, ша мотный порошок), кирпичной кладки (шамот, магнезит) и верх него рабочего набивного слоя, представляющего собой после спекания монолитную массу (магнезитовый порошок и смола). Стены основных печей выкладывают из магнезитохромитового кирпича или магнезитодоломитовых блоков. Своды могут изготов ляться из магнезитохромитового или динасового кирпича.
Стойкость футеровки стен из магнезитохромитового кирпича
составляет 100—250 плавок, |
сводов — 90—230 плавок |
(большие |
|
цифры относятся к печам малой емкости). |
(3—10 т) |
||
Кислые электропечи, как правило, небольшой емкости |
|||
используются для выплавки сталей для фасонного литья. |
|||
Ши х т о в ы м и м а т е р и а л а м и |
для производства |
электро |
|
стали служат стальной лом, |
губчатое |
железо, легированные ме- |
,10200
|
|
|
Рис. 32. Дуговая |
электропечь ДСП-80Л: |
|
|
|
|
|
|||
/ — сводовое кольцо; 2 — футеровка |
свода; 3 — кожух |
печи; 4 — рабочее |
окно; |
5 — привод |
поворота |
ванны; |
в — люлька; |
7, 8 — привод |
||||
наклона |
панны; 9 — вал |
механизма |
отворота свода; |
10 — гибкий |
кабель; |
/ / - |
полупортальный кран; |
12 — зажим; 13 — охлаждение; |
1 4 —. |
|||
электрод; |
15 — электрододержатель; |
16 — рукав; /7 — экономайзер; |
18— загрузочная корзина; |
/«/— механизм |
перемещения |
электрода; |
20 — |
|||||
механизм |
подъема свода; |
2/— опорный ссктор;22 — сливцоп. H Q C O K ; |
23 — каретка; |
24 — статор |
электромагнитного перемешивающего устрой |
|||||||
|
|
|
|
|
ства |
|
|
|
|
|
|
|
таллоотходы и передельный чушковый чугун. В процессе плавки используют шлакообразующие, окислители, раскислители, легиру ющие й науглероживающие материалы.
К стальному лому предъявляют требования в отношении низ кого содержания случайных и вредных примесей (фосфора, серы, меди, свинца, мышьяка и других). Целесообразно применение брикетов губчатого железа, получаемого непосредственно из руды.
Использование легированных отходов (недоливки, литники, стружка, отходы проката и др.) имеет большое значение для эко номики производства.
В качестве шлакообразующих материалов применяют свежеобожженную известь. Применение пылеватой извести-пушонки (гидрата окиси кальция) недопустимо, так как выделение водо рода при ее разложении может явиться причиной образования флокенов в высоколегированной стали. По этой причине исполь зуемые в процессе плавки плавиковый шпат, шамотный бой, же лезную руду и окалину прокаливают и в горячем состоянии вводят в печь.
Газообразный кислород в электроплавке стали служит для ускоренйя плавления («резка» крупной металлошихты), а в окис лительный период плавки —для интенсификации обезуглерожи вания. Предварительно осушенный кислород подают в ванну под давлением 8—12 ат.
Раскислители и легирующие материалы также сушатся или прокаливаются; вес их кусков не должен превышать 5—6.кг.
Для науглероживания ванны применяют кокс, электродный бой или высококачественный передельный чугун (содержащий менее 0,3% Р).
З а г р у з к а ш и х т ы в . пе ч ь производится мульдами с по мощью завалочной машины или бадьями. При любом способе завалки на подину обычно загружают мелкий лом, известь (2—3%) и кокс для науглероживания. Под электроды грузят крупную металлическую шихту, ближе к откосам ванны — лом средней ве личины, наверх — мелкую шихту. Плотная укладка шихты улуч шает ее проводимость, обеспечивает устойчивое горение дуг и ускоряет плавление.
П л а в л е н и е ш и х т ы ведут на высших ступенях вторичного напряжения. После проплавленйя «колодцев» шихту стаскивают с откосов мульдами либо поворачивают печь. Автоматические регуляторы поддерживают постоянную длину дуг во время плав ления шихты и повышения уровня металла.
Вдувание кислорода хотя и ускоряет плавление шихты, но увеличивает угар железа. В некоторых случаях для ускорения плавления используют газо-кислородные горелки.
На плавление шихты затрачивается более половины общего расхода электроэнергии; продолжительность плавления составляет 50—60% продолжительности всей плавки.
О к и с л и т е л ь н ы й п е р и о д п л а в к и служит для умень
шения содержания в металле углерода, фосфора (ниже 0,015%), а также водорода и азота в результате кипения и перемешивания ванны. В качестве окислителей применяют железную руду или кислород.
Совмещение реакций обезуглероживания и дефосфорации до стигается при введении окислителей и скачивании шлака основ ностью не ниже 2,5.
После достаточно глубокой дефосфорации и достижения со держания углерода в металле, соответствующего нижнему пре делу, скачивают около 80% окислительного шлака и дают металлу прокипеть без каких-либо присадок в течение 10 мин.
При нормальном протекании окислительного периода плавки
содержание |
водорода в металле уменьшается с |
5—8 до 2— |
|||
4 см2/ 100 |
г, |
а |
азота — с 0,015—0,018 до 0,007—0,008%. |
||
В о с с |
т а н |
о в и т е л ь н ы й |
п е р и о д п л а в к и |
преследует |
следующие цели: удаление серы, науглероживание и раскисление металла, доведение путем легирования химического состава стали до заданного.
После скачивания шлака окислительного периода в печь вво дят шлаковую смесь из извести и плавикового шпата. Затем при саживают часть необходимых для легирования ферросплавов и вводят на шлак раскисляющую смесь из молотого кокса и ферро силиция. По мере раскисления (уменьшения содержания закиси
железа) |
шлак приобретает белую окраску и поэтому называется |
||||
белым |
(55% СаО; |
20;% |
Si02; 10% MgO; 10% |
CaF2; 3% А120з; |
|
менее 0,5% FeO |
и |
|
СяО |
|
|
1% CaS; — — =2,7—2,8). При образовании в |
|||||
шлаке |
карбида |
кальция |
S i02 |
карбидным; ос |
|
( ~2 %) его называют |
|||||
новность такого шлака обычно равна 3 и выше. |
|
В конце восстановительного периода производят корректировку состава металла введением соответствующих количеств легирую щих элементов.
Для окончательного раскисления металла присаживают алю миний в количестве 0,4—1,0 кг/т стали.
Диффузионное раскисление основного шлака в восстановитель ном периоде облегчает глубокую десульфурацию металла и обес печивает получение стали с низким содержанием кислорода и не металлических включений.
При выпуске стали в сталеразливочный ковш в некоторых случаях ее обрабатывают синтетическим шлаком.
Особенности плавки на шихте из легированных отходов
В зависимости от состава легированных отходов плавку ведут методом переплава (без окисления) или с непродолжительной про дувкой металла кислородом.
Шихта составляется с учетом угара кремния (30—50%), мар