Основной процесс плавки на жидкой завалке

В основном чугунно-рудном ^процессе плавки перерабатывают на сталь только жидкий чугун. Для окисления примесей, находящихся в чугуне, добавляют по возможности чистую руду в количестве 15—25% веса металла, а для связывания примесей добавляют известняк.

Плавка чугунно-рудным процессом отличается от плавки на твердой завалке тем, что исключена необходимость в расплавлении металла и про­цессы окисления примесей начинаются сразу под слоем сильно окисленного шлака. Руда окисляет железо с образованием большого количества закиси железа:

Fe₃0₄ + Fe 4FeO.

Образующаяся закись железа растворяется в металле и взаимодействует с примесями Si, Mn, P и С.

Фосфорный ангидрид, кремнезем и сера связываются с окисью каль­ция и образуют шлак.

Окисление углерода в этом процессе может происходить в начале плавки, когда шлак еще недостаточно нагрелся и даже полностью не рас­плавился. Такой шлак не в состоянии пропускать образующуюся окись углерода, и она задерживается в нем, вызывая бурное вспенивание шлака. Хороший предварительный прогрев руды и флюсов до заливки жидкого чугуна значительно снижает вспенивание шлаков.

Вместо угара металла, происходящего в других вариантах плавки при чугунно-рудном процессе за счет восстановления руды выход металла составляет 100—103% веса загруженного металла; кроме того, плавка проходит значительно быстрее.

Основной скрап-рудный процесс плавки

Металлическую шихту составляют из стального лома (20—40%) и жидкого чугуна (80—60%). Для окисления примесей в чугуне добавляют чистую железную руду, а для связывания продуктов окисления — известняк СаС0₃, который при высоких температурах в печи превращается в окись каль­ция СаО.

Руду и известняк до загрузки жидкого чугуна хорошо прогревают, чтобы уменьшить вспенивание шлака. Кроме того, значительное количе­ство стального лома замедляет бурное течение реакции.

Этот процесс плавки позволяет использовать большое количество сталь­ных отходов, а вследствие заливки чугуна в жидком состоянии металл обходится дешевле, чем при чистом скрап - процессе. Указанный способ плавки в последнее время получил на наших заводах широкое распростра­нение.

Химические процессы этой плавки отличаются тем, что в период нагре­вания стального лома он окисляется от непосредственного соприкоснове­ния с кислородом печных газов. Поэтому для уменьшения потери металла и ускорения процесса, плавки период нагревания стального лома нужно максимально, сокращать.

После нагревания стального лома заливают жидкий чугун. Руда, под- нимаясь с пода на поверхность жидкого металла, окисляет примеси, на ходящиеся в чугуне. Дальше окисление примесей продолжается под слоем шлака. Примеси окисляются интенсивнее, чем при скрап - процессе, за счет введения руды:

При высоком содержании фосфора в шихте шлак, загрязненный фосфо­- ром, приходится скачивать в шлаковую тележку 18 (фиг. 19) и наводить новый, более известковый шлак.

Для придания шлаку большей жидкотекучести в основной шлак до­бавляют фтористый кальций CaF₂.— плавиковый шпат. Окисление углерода должно продолжаться в течение всего периода нагревания- металла.

СО + FeO СO + Fe.

Выделяющаяся окись углерода создает кипение металла и способ­ствует более быстрому нагреванию, раскислению и удалению газов и не металлических включений из металла. Удаление серы происходит за счет окиси кальция, находящейся в шлаке, для этого сернистое железо должно переходить в шлак:

FeS + CaO CaS + FeO,

но сернистое железо FeS медленно переходит из металла в шлак. ^:;

Для более быстрого перевода серы в шлак пользуются марганцем,^: который в жидком металле соединяется с сернистым железом:

FeS + Mn MnS + Fe.

Сернистый марганец легче переходит из металла в шлак и соединяется с окисью кальция:

MnS + CaO CaS + MnO.

Металл доводят до заданного содержания углерода, затем производят раскисление, дают необходимые легирующие добавки и выпускают его в ковш.

Особенности плавки стали в печах с кислой футеровкой

. Пламенные регенеративные печи с кислой футеровкой имеют неболь­шую емкость по сравнению с печами с основной футеровкой (всего до 100 т),. Для процесса требуются чугун и стальной лом, мало загрязненный фосфо­ром и серой ( Р<0,03% и S<0,03%).

В кислых печах перерабатывают твердую завалку (скрап-процесс), так как в них нельзя вводить большое количество руды во избежание разру­шения печи. Сущность кислой плавки состоит в очищении металла под слоем шлака от углерода, марганца и кремния. Серу и фосфор не уда­ляют, они остаются в металле. Шлак при плавке с кислой футеровкой со? держит избыток кремнезема SiO₂ и в максимальной степени способствует соединению закиси железа FeO с кремнеземом в FeO-Si0₂. Кроме того, закись железа FeO, растворенная в ванне, соприкасаясь с кислой подиной и стенками, образует FeO-SiO₂ и всплывает в шлак. Все это способствует получению хорошо раскисленной стали.

В современной практике применяют два способа плавки в кислых пе­чах: активный и кремневосстановительный.

Активный способ плавки характеризуется незначительным восстановле­нием кремния. Поэтому в конце плавки готовую сталь надо дополнительно раскислять ферросплавами.

Окисление примесей при плавке в печах с кислой футеровкой происхо­дит за счет кислорода вводимой руды и кислорода, который содержится в печных газах. Свободный кислород печных газов, соприкасаясь с поверх­ностью шлака, окисляет закись железа:

3FeO Si0₂ O₂+ 3Si0₂ + Fe₃0₄;

магнитная окись окисляет железо:

Fe + Fe₈0₄ 4FeO.

Другие примеси (Si, Mn и С) окисляет растворяющаяся закись же­леза

Получающиеся в процессе плавки закись железа FeO и закись мар­ганца МnО, соединяясь с кремнеземом, образуют кислый шлак FeSi0₃ и MnSi0₃; при этом независимо от преобладания в шлаке FeO и МnО состав шлака, саморегулируется за счет растворения футеровки. Закись железа FeO в шлаке можно постепенно заменять, добавляя марганцевую руду или известь; последняя дает возможность уменьшить окислительную спо­собность шлака.

В кислой плавке, так же как и в основной, шлак играет важную роль в улучшении качества получаемой стали₄

Плавку прекращают после достижения заданного содержания углерода и надлежащей температуры нагрева. Перед выпуском стали в ковш ее рас­кисляют.

Кремний восстановительный процесс применяют на заводах СССР для выплавки сталей, используемых для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования. Этот способ отличается от актив­ного тем, что раскисление стали производится не добавкой раскислителей, а естественным раскислителем за счет восстановления кремния из шлака, .пода и стен.

Восстановление кремния при кремний восстановительном процессе проис­ходит при высоких температурах за счет углерода:

Si0₂ + 2С Si + 2CO — 152 460 кал.

Получающийся кремний в момент своего восстановления является хо­рошим раскислителем:

2FeO + Si 2Fe + Si0₂ + 76 600 кал.

Для того чтобы кремний лучше восстанавливался, шлак должен быть густым, а приток кислорода из газовой фазы минимальным; это дости­гается введением в шлак избытка Si0₂ в виде песка. Содержание восста­новленного кремния в стали иногда доводят до 0,3—0,4% Si. Таким обра­зом уменьшается расход ферросилиция, но удлиняется срок плавки, так как для восстановления кремния требуется выдержка металла под шла­ком. Кроме кремния, при высоких температурах может восстанавливаться и марганец:

МnО + С СО + Мn — 66 760 кал.

Восстановление кремния и марганца при высоких температурах и . раскисляющее действие, которое они оказывают на сталь, создают превосходство кислой стали над основной. Сталь, полученную кремний - восстановительным процессом, выпускают в ковш без дополнительного раскисления.

Плавка стали в мартеновских печах с применением кислорода

В настоящее время для плавки стали в мартеновских печах широко начали применять технически чистый кислород. Применение кислорода в мартеновской плавке дает возможность интенсифицировать процессы и ускорить выпуск плавки.

Кислород в мартеновских печах используют тремя способами: обога­щенное кислородное дутье до 25—30% О₂ для интенсификации горения топлива, прямое окисление примесей и перемешивание ванны и комбини­рованное применение - обогащенное дутье и прямое окисление.

Эффективность кислородного дутья условно определяется временем: насколько ускоряется плавка в минутах при расходе 1 м³ кислорода на 1 т. Так, например, при обогащенном дутье 25% О₂ для сжигания топлива эффективность равна 2—3 мин/м³/т, для прямого окисления примесей в жидком металле при расходе кислорода 6—8 м³/т показатель эффектив­ности находится на уровне 10 мин1м³1т. В последнем случае стойкость печи несколько снижается. Поэтому наиболее целесообразным методом является комбинированный способ применения кислорода для доводки металла (прямое и факельное окисление примесей).

При этом способе эффективность кислорода занимает положение между прямым окислением и факельной интенсификацией и равна примерно 5—7,5 мин1м³1т.

Наибольшие трудности, которые встречаются при применении кислорода, это подбор высокостойких огнеупоров, подбор рационального способа введе­ния кислорода и разработка более быстроходных машин по обслужива­нию печей.

Для повышения стойкости печей применяют своды из основных мате­риалов. Кроме того, верхние ряды регенераторов выкладывают из более огнестойких огнеупорных материалов.

Техника ввода кислорода до сих пор окончательно не установлена. В мартеновских печах, работающих на жидком топливе, кислород подается в форсунки для распыливания топлива; в печах, работающих на газе, кисло­род подают в специальные устройства по бокам газовых каналов.

Для прямого окисления жидкой ванны кислород вводят при помощи железных труб, а в последнее время считают наиболее рациональным ввод кислорода через свод мартеновской печи при помощи водоохлаждаемой медной фурмы (по примеру конвертера на фиг. 18, е).

В случаях комбинированного применения кислорода, кроме прямого окисления, регулируют еще степень обогащения факела и его направлен­ность на металл.

В связи с тем, что плавка с применением кислорода значительно уско­ряется, существующее оборудование при скоростных плавках не успевает обслуживать печь, поэтому требуется разработка новых, высокопроизводи­тельных, быстродействующих машин. Естественно, в связи с применением кислорода и скоростными плавками и сама конструкция мартеновской печи должна подвергнуться усовершенствованию.

Плавку с использованием кислорода ведут в следующем порядке. Загру­жают материалы и плавят их на обогащенном дутье; когда металл распла­вится, производят окисление примесей прямым вдуванием кислорода, затем доводят металл факелом пламени на обогащенном дутье. После достиже­ния заданного состава металла и нагрева его до требуемой температуры проводят раскисление и выпуск стали для разливки.