Технология плавки в кислых печах.

Сырые материалы и топливо. В усл-ях кислой печи не могут быть удалены из стали S и P, поэтому материалы, используемые при выплавке стали в кислой мартеновской печи, должны удовлетв след-м требованиям: 1) содержание S и P в метал­лической части шихты не должно превыш концентраций, допусти­мых в готовой стали; 2) для отопления кислых мартеновских печей можно использовать только низкосернистое топливо.

В современной практике кислого мартеновского процесса исполь­зуют либо твердые материалы (металлический лом, чугун), либо жидкий полупродукт, получаемый в металлург-х агрегатах с основной футеровкой для последующего перелива в кислую печь. Возможна работа и на комбинированной шихте (твердый чугун и жидкий полупродукт). Твердый чугун или жидкий полупродукт на заводах принято называть шихтой кислой печи (ШКП). Содержание серы в чугуне и ШКП не должно превышать 0,025 %, а в некоторых случаях 0,015 %. Концентрация Р в шихте также ограничи­вается 0,025 %. При произв-ве крупных слитков (≥40 т) часто регламентируется суммарная концентрация S и P <0,025 % Σ [S+Р], что вызвано значительной склонностью их к ликвации при длительном затвердевании слитка.

Флюсами яв-ся шлак предыдущих плавок, кварцевый песок, шамотный бой, а также известь или известняк внебольших кол-вах. В кач-ве окислителей использ-т же­лезную и марганц-ю руды, прокатную окалину. Присадка этих матер-в не должна сопровождаться увелич-м концентрации S и P в стали. Аналог требования предъявл-т к фер­росплавам.

Процесс выплавки стали может быть разделен на следующие опе­рации: ремонт наварного слоя подины, завалка металлической шихты, плавление, доводка стали, раскисление и легирование, выпуск. Об­щая продолжительность плавки в зависимости от емкости печи, спо­соба выплавки и состава шихты может изменяться от 5 до 12 ч.

Изготовление и ремонт кислой подины. В кислых мартеновских печах рабочий слой подины, как правило, изготавливают наваркой. Для этого используют смесь сухого квар­цевого песка, кварцита и молотого шлака кислого процесса.

Завалка. Ведение кислого процесса возможно на тв шихте, на комбинированной, состоящей из тв и жидких материалов, и на жидком полупродукте. В зависимости от состава и состояния шихтовых матер-в измен-ся продолжительность и порядок завалки. Продолж-ть завалки при работе на тв шихте в зависимости от емкости печи сост-т 1 – 3 ч, а при использ-ии 100% жидкого полупродукта ≈30 мин.

Плавление и доводка. Продолжит-ть периода плавления максимальна при работе на тв шихте и достиг-т 2 – 4 часа. В процессе плавления шихты в связи с длительным взаимодействием окислительной атмосферы печи с ме­таллической шихтой происх-т значительное окис-е железа, поэтому содержание его оксидов в шлаке достигает ≥30 %. Актив­ный жидкоподвижный шлак, богатый оксидами железа, агрессивен по отношению к наварке передней и задней стенки печи и особенно торцевых откосов. Активность шлака в период плавления может быть несколько уменьшена добавками сухого песка в количестве до 1 % от массы металлической части шихты.

При работе на жидком полупродукте период плавления отсутст­вует, а при работе на комбинированной шихте длительность его как правило, не превышает I ч. В процессе плавления окисляется значительная доля Si и Mn, содержащихся в шихте.

Характерной особенностью кислого процесса является насыще­ние шлака кремнеземом в результате частичного разрушения наварки подины и откосов и приближение системы Ме—подина—шлак к равновесию. При выплавке стали в кислых мартеновских печах используют две разновидности периода доводки: 1) кремневосстано-вительный процесс, при котором кремний восстанавливается до 0,18 % и более; 2) активный процесс, т. е. процесс с ограниченным восстановлением кремния не более чем до 0,10—0,15 %.

Шихтовые материалы.

Разл-т метал-е и неМе составл-ие шихтовых материалов.

1.Металлическая группа шихтовых материалов.

Чугун используется в шихте мартеновских печей в твердом или жидком состоянии. Прим-ние чугуна в жидком состоянии возможно на заводах с доменным производством. Сод-е С в передельных чугунах сост-т 3,5–4,5%. ГОСТом предусмотрено также опред-е содерж-е Si. Окисление Si полож-но влияет на тепловой баланс мартеновского процесса. Однако его избыт сод-е нежелательно, так как это прив-т к увеличению расхода руды и известняка, получению большого количества шлака, увеличению износа футеровки печи и расхода за­правочных матер-в. Чугуны с max содерж-м Si (до 1,25 %)могут исп-ся при скрап-процессе, поск-ку в шихту чугун входит в сравнительно небольшом кол-ве. Содерж-е Mn в чугуне нах-ся в широких пределах (0,2—1,75%). Преду­смотренное в чугунах предельное сод-е Р (>0,3%) объясняется экономическими и технолог-ми требов-ми. С повыш-м содерж-я Р в чугуне (≤0,3 %) увелич-ся расход известняка, руды, извести для успешного осуще­ствления проц-са дефосфорации, кот сопровождается дли­тельным спуском большого кол-ва шлака из печи. Большое со­держ-е S в чугуне (>0,07 %) приводит к увелич-ю продол­ж-ти плавки и пониж-ю производ-ти печи.

Стальной скрап подразд-т на внутренний оборотный (от­ходы сталеплав-х, прокатных, кузнечно-прессовых и др обрабатыв-х цехов своего завода) и привозной (покупной). Скрап подвергают предварит-й подготовке с получением опти­м-х размеров и массы.

К металлической части шихты относятся также ферросп­лавы.

2.Неметаллическая группа шихтовых материалов.

· Флюсы. Флюсы применяют для образования и регулирования состава шлака в соответствии с требуемыми его физ и хим свойствами. В качестве флюса используют известняк, боксит, пла­виковый шпат, бой шамотного кирпича.

Известняк сост-т преимущ-но из минерала кальцита и поэтому сод-т ~98 % СаСО₃ (не менее 50 % СаО). Известняк вводят в состав шихты для удаления S и Р из Ме в шлак.

Известь прим-т для наводки шлака после расплав-я шихты. Состав извести опред-ся составом известняка, получ-ся в рез-те обжига. СаО в извести долж быть не менее 80%.

Боксит прим-т для разжижения шлака. Его вводят не то-ко в шихту, но и в ванну по ходу плавки. Основн составляющей боксита яв-ся глинозем, который и разжижает шлак.

Сод-т значит кол-во оксидов Fe, поэт яв-ся не то-ко флюсом, но и окислителем, т. е. при использ-ии боксита достиг-ся не то-ко разжижение шлака, но и ускор-ся шлакообраз-е.

Иногда для разжижения оч густых (содерж-х высокие конц-ции СаО) шлаков прим-ся плавиковый шпат. Основн составляющая плавик-го шпата – минерал флюорит CaF₂.

· Тв окислители прим-т для ускорения окисления примесей метал-й ванны, в особенности при высоком содержании чугуна в шихте. К тв окисли­телям относятся: жел руда, окалина, марганцевые руды, мартеновский агло­мерат и офлюсованный агломерат.

Железная руда. К железной руде предъявляют след-ие треб-ия: 1) вы­сокое сод-е оксидов железа (≥84 % Fe₂О₃) и небольшое количество пустой породы и вредных примесей.

Окалина, растворяющ-ся в шлаке, повыш-т содерж-е оксидов Fe и окислительную спос-ть, одноврем-но улучш-ся растворение из­вести в шлаке. Составл-й окалины яв-ся Fe₃О₄.

Агломерат, при его использ-ии в шихте вместо жел руды неск-ко раньше происх-т шлакообр-е, что до некоторой степени способствует уда­лению Р из Ме. К недост-м агломерата необх-мо отнести; пониж окислительный потенциал, малую плотность по сравнению с жел рудой и недостат-ю его прочность. Для ускорения усвоения агломерата шлаком иногда прим-т офлюсованный известью аглом-т или известково-рудные брикеты.

Завалка шихты и ее прогрев.

В состав шихты входят материалы, резко различающиеся по физи­ческим свойствам. Наряду с обладающей относительно высокой теплопроводностью металлической частью шихты в ее состав входят менее теплопроводные неметаллические составляющие: известняк, руда, агломерат и т.д. Приведенный коэффициент теплопроводности этих кусковых материалов, учитывающий их большую неплотность, по крайней мере на порядок ниже, чем даже у неплотного скрапа. Кроме того, все компоненты неметаллической части шихты при их нагреве требуют огромное количество тепла на протекание таких процессов, как разложение карбоната кальция, разложение гидратов оксидов железа и глинозема и т. п., поэтому завалка шихты и распределение ее составляющих в объеме ванны представляют собой довольно сложную задачу, в особенности когда неметаллическая часть шихты составляет значительную долю ее массы и объема.

При скрап-процессе неметаллическую часть шихты заваливают на слой металлического мелкого лома, располагая известняк, боксит и т. д. не сплошным слоем, а отдельными участками. Сверху зава­ливают остальной лом (скрап) и, наконец, твердый чугун. При скрап-рудном процессе на подину заваливают железную руду, поверх нее известняк (руда в этом случае защищает подину от приваривания к ней известняка), затем прикрывают известняк оставшейся рудой и уже после этого заваливают весь скрап.

Слой скрапа имеет относительно большое тепловое сопротивле­ние, так как ложится неплотно и многочисленные замкнутые пустоты значительно затрудняют теплопередачу к нижним слоям шихты.

При скрап-процессе прогрев шихты непосредственно переходит в ее плавление, причем первоначально шихта постепенно уплотняется и оседает, затем покрывается слоем первичного шлака и частично расплавившегося чугуна. После того как сравнивается поверхность ванны, протекает обычный процесс плавления.

При скрап-рудном процессе прогрев шихты имеет целью предот­вращение намораживания жидкого чугуна на поверхности кусков скрапа и ускорение растворения хорошо прогретого скрапа в угле­родистом расплаве.