Ход плавки при скрап-рудном процессе.

Если в состав завода входит доменный цех, то чугун в мартеновский цех поступает в жидком состоянии. Доменный цех должен давать для мартеновского определенное количество жидкого чугуна — обычно 55—70 % от массы шихты. Остальные 30—45 % составляют отходы соб­ственного производства (обрезь проката и др.) и лом, поступающий с близлежащих металлообрабатывающих предприятий. Содержа­ние углерода в металле при скрап-рудном процессе регулируют не увеличением или уменьшением расхода чугуна (как при скрап-процессе), а введением в завалку большего или меньшего коли­чества железной руды. Расход железной руды может колебаться от 5 до 15 % от массы металлической шихты. Если при том же расходе чугуна расход руды в завалку увеличить, то содержание углерода по расплавлении уменьшится, и наоборот.

Для получения по расплавлении шлака требуемой основности в состав шихты при скрап-рудном процессе, так же как и при скрап-процессе, вводят известняк. Ход плавки при скрап-рудном процессе следующий. После осмотра и ремонта пода на него зава­ливают железную руду и известняк, затем после некоторого про­грева подают лом. После нагрева лома в печь заливают чугун. Жидкий чугун проходит через слой лома и взаимодействует с же­лезной рудой. Начинается интенсивное шлакообразование. При­меси чугуна взаимодействуют с оксидами железа руды. Шлак получается в очень большом количестве. Образующийся в результате окисления углерода монооксид углерода вспенивает шлак, который начинает вытекать («сбегать») из печи. Шлак, кото­рый стекает из печи во время плавления после заливки жидкого чугуна, называют сбегающим первичным шлаком. Состав этого шлака характеризуется низкой основностью и высоким содержа­нием FeO и МnО. Железистые шлаки и пониженная температура благоприятствуют дефосфорации. Содержание СаО в этом шла­ке невелико, поскольку известняк еще не успел достаточно про­греться, процесс его разложения и всплывания образующегося СаО в шлак только начался. Количество сбегающего шлака составляет 8—10 % от массы металла (50— 70 % от всего образующегося во время плавления шлака). Спуск шлака продолжается почти до полного расплавления шихты. За период плавления полностью окисляется кремний, почти пол­ностью марганец и большая часть углерода. Описанный выше про­цесс завалки шихты, заливки чугуна и плавления протекают довольно медленно (~70 % времени всей плавки), при этом рас­ходуется значительное количество тепла топлива (до 80 % от общего расхода топлива на плавку). Для ускорения процесса плавления и окисления примесей вскоре после окончания заливки чугуна ванну начинают продувать кислородом. Продувку про­водят через водоохлаждаемые фурмы, опускаемые в отверстия всводе печи. Поскольку при продувке значительная часть приме­сей окисляется вдуваемым кислородом, расход железной руды в за­валку уменьшается. При окислении железа и примесей газообраз-сыч кислородом выделяется значительное количество тепла, металл интенсивно перемешивается, часть примесей окисляется горячим кислородом, содержащимся в воздухе, который поступает из регенераторов. Продолжительность плавления при таком методе работы уменьшается в два—три раза.

Состав сформировавшегося к моменту расплавления шлака оказывается почти таким же, как на скрап-процессе. Несмотря на то что при скрап-рудном процессе в печь загружают больше чу­гуна, а вместе с ним больше кремния, марганца, фосфора и дру­гих элементов, состав шлака после расплавления оказывается примерно таким же, как на скрап-процессе, потому что значитель­ное количество образующихся оксидов удаляются из печи со сбегающим шлаком еще до полного расплавления ме­талла.

Поск-ку составы металла и шлака после расплавл-я при скрап-процессе и скрап-рудном проц-се практически не различ-ся, период кипения металла протекает также одинаково.

13. Шлакообразование.

Формир-е гомогенного шлака обесп-т про­текание рафинирования ванны от углерода и таких вредных приме­сей, как сера и фосфор. Образ-ся шлаки должны обладать высокой теплопроводн-ю и обеспеч-ть необх-мую интенсивность теплопитания ванны. Последнее достиг-ся при определенной степени черноты шлака и его способности поглощать тепловую энер­гию от факела и перед-ть эту энергию от верх­них горизонтов шлака к нижним и от них к металлу.

Теплопередача ч/з шлак осущ-ся путем конвектив­ного теплопереноса, создав-го вы­дел-м пузырей СО, неравном-тью распред-я температур в ванне и т. п. Наиб трудной и наиб медленно протекающей стадией шлакообраз-я яв-ся растворение в шлаке тв-х частиц или кусочков шлакообразующих материалов.

Для мартеновского процесса шлаковый режим имеет исключительно важное значение, т.к. шлак в март. плавке участвует не только в рафинировании Ме, но и в его нагреве. Поэтому оптимальными во все периоды плавки должны быть его хим. состав (основность), вязкость (жидкотекучесть) и масса, т.е. его толщина на пов-ти Ме.

Шлак по свой-вам разделяют:

1. С основными св-вами CaO, MgO, MnO, FeO

2. С кислотными св-вами: SiO_2, P₂O_5, TiO₂

3. Амфотерные окислы: Al₂O_3, Cr₂O₃, Fe₂O₃

4. Сульфиды: FeS, MnS, CaS

Технолог-м св-вом шлака явл. его вязкость, кот. выше, чем у стали.

Шлакообр-е в мартеновской плавке нач-ся еще в период прогрева лома и получает большее разв-е в начале его оплавления и после заливки чугуна. Первичный шлак, образ в период прогрева, состоит из оксидов железа и небольшого кол-ва Mn, Si, Cr. По ходу периода плавления состав шлака непрерывно измен-ся вследствие окис-я примеси чугуна, всплывания из нижних слоев ванны ранее заваленных сыпучих мат-лов и удаления из печи самотеком или принудительно образ-ся пенистого шлака.

При скрап-процессе шихта не содержит большого кол-ва шлакообразующих материалов. Кроме того, в процессе плавления образуется большое количество высокожелезистого первичного шлака, в котором растворяются сыпучие шлакообразующие ма­териалы. Процесс этот проходит достаточно интенсивно, и значитель­ного вспенивания шлака обычно не наблюдается. При скрап-рудном процессе, для которого характерны большие количества шлакообра­зующих материалов в шихте и относительно малые количества первичного шлака (так как плавление скрапа в контакте с окисли­тельной газовой фазой имеет малое развитие и заменено растворе­нием скрапа в расплавленном чугуне), ассимиляция СаО шлаком и его гомогенизация представляют большие трудности. Обычно имеет место значительное вспенивание шлака. Роль продувки кислородом в этот период плавки очень существенна.

Таким образом, при скрап-рудном процессе с при­менением продувки кислородом участки ванны, непосредственно рас­положенные под кислородными фурмами, играют ведущую роль в процессе шлакообразования.

Удаление S и Р.

Фосфор окисляется одновременно с кремнием и марганцем в на­чале плавки. Практически фосфор стремятся удалить из металла в период плавления и первой половине периода кипения, т. е. тогда, когда металл еще сильно не нагрелся. Для создания желези­сто-известкового шлака осуществляют присадку железной руды (или окалины, или агломерата) и извести или известняка.

Обычно для удаления фосфора до 0,010—0,015 % достаточно однократного скачивания шлака, но если фосфора в шихте много, то однократного скачивания шлака оказывается недостаточно. Скачивание шлака — операция сложная, поэтому высокофос­фористую шихту предпочитают перерабатывать в качающихся мар­теновских печах. В отличие от обычных стационарных печей рабо­чее пространство качающихся печей можно поворачивать относи­тельно продольной оси. Печь может наклоняться в сто­рону выпускного отверстия примерно на 30—35° и в сторону передней стенки на 25°, что значительно облегчает скачивание шлака. Головки печи неподвижны; между неподвижными голов­ками и качающимся рабочим пространством имеется зазор, размеры которого должны быть очень малыми. Шихта этих печей на 65—75 % состоит из фосфори­стого чугуна, содержащего 1,5—1,6% Р. Скачиваемый при пе­реработке высокофосфористого чугуна шлак так же, как и шлак томасовского процесса, используют в качестве удобрения.

Десульфурация вследствие высокого содержания в мартенов­ских шлаках оксидов железа имеет ограниченное развитие. При обычной шихте получение в готовой стали <0,04 % S (требования ГОСТа для большинства марок) особых трудностей не представляет, однако получение более низких (<0,015—0,020 %) концентраций серы затруднительно. В связи с этим при выплавке металла с особо низким содержанием серы операцию удаления серы частично переносят в ковш. Особое вни­мание обращают на содержание серы в топливе. Применяемый для отопления коксовый газ обязательно подвергают операции серо­очистки. Допустимое содержание серы в нем не должно превышать 2 г/м³. Для отопления мартеновских печей применяют низкосерни­стый мазут. Наиболее чистым (по содержанию серы) топливом является природный газ.