3. Основные принципы получения заданного содержания марганца в стали

Основные принципы получения заданного содержания марганца в стали.

Обычно содержание марганца в металле заключительного периода плавки ниже уровня, который предусмотрен химическим составом выплавляемой стали. Поэтому необходимое содержание марганца в стали обеспечивается дополнительным вводом в металл некоторого количества марганца в составе ферросплавов (ферромарганца, силикомарганца, металлического марганца и др.).

Ферромарганец является удобным материалом для введения в ковш, т.к. имеет низкую температуру плавления (~ 1500оС), высокую плотность и хорошо растворяется в жидком железе.

При выплавке углеродистой и низколегированной стали в результате присадки ферромарганца происходит незначительное понижение температуры металла. Растворение в жидком металле при 1600 - 1620оС 1% холодного ферромарганца сопровождается охлаждением расплава на 16 - 17оС. В процессе растворения обычно происходит окисление некоторого количества марганца, которое сопровождается выделением тепла и нагревом металла.

При вводе марганца в ковш возможный нагрев металла в результате окисления 0,1% марганца кислородом атмосферы составляет 8 - 10оС. При подаче ферромарганца в ванну сталеплавильного агрегата окисление происходит в результате взаимодействия с оксидами железа шлака. При этом возможный нагрев металла составляет 2 - 3оС.

При выплавке углеродистой стали расход ферромарганца обычно не превышает 1% от массы металла. Угар марганца при раскислении в ковше обычно составляет 10 - 20%. Следовательно, в этом случае охлаждение металла в результате ввода ферромарганца не должно превышать 5 - 10оС, что сравнимо с точностью измерения температуры стали термопарами погружения. Поэтому при производстве углеродистой стали ферромарганец обычно вводят в ковш, не опасаясь существенного охлаждения металла.

Подача ферромарганца в ковш возможна и при выплавке низколегированного металла (1 - 2% Mn), но при этом температура металла в конце окислительного рафинирования должна быть на 10 - 20оС выше обычной.

При производстве стали с более высоким содержанием марганца он может быть введен в ковш в виде предварительно нагретых ферросплавов или жидкой лигатуры, а также в ванну сталеплавильного агрегата.

Нагрев ферросплавов до 800 - 900оС позволяет вводить ферромарганец в ковш в количестве до 4% без заметного охлаждения металла.

В мартеновских цехах легирование стали марганцем может проводиться в печи непосредственно перед выпуском плавки. При этом масса разовой присадки ферросплавов не должна превышать 1 - 2% от массы металла. Следующая присадка проводится через 15 - 20 минут, в течение которых ферросплавы плавятся и марганец равномерно распределяется в объеме металла. При подаче ферромарганца в кипящую ванну его угар обычно составляет 20 - 40%. С целью уменьшения потерь марганца подачу ферросплавов целесообразно проводить после предварительного раскисления ванны.

4. Окисление и восстановление марганца

Изменение содержания марганца по ходу плавки в любом сталеплавильном агрегате подчиняется следующим общим закономерностям. Качественно они одинаковы для кислых и основных процессов.

В начальном периоде плавки марганец интенсивно окисляется. Этому способствуют низкие температуры ванны и наличие первичных сталеплавильных шлаков с высоким содержанием оксидов железа.

Если шлак периода плавления в большом количестве скачивается из сталеплавильного агрегата, вместе с ним удаляется основное количество (MnO). Поэтому в дальнейшем остаточное содержание марганца в металле остается на низком уровне и по ходу плавки существенно не меняется.

Если плавка ведется без скачивания шлака, в основных сталеплавильных агрегатах реакция окисления марганца достигает состояния равновесия при остаточном содержании марганца 0,1 - 0,2% в зависимости от концентрации марганца в металлической шихте.

В заключительном периоде плавки температура ванны повышается. По-этому при незначительном повышении содержания (FeO), которое имеет место при концентрации углерода в металле более 0,2 - 0,3%, содержание марганца в металле несколько увеличивается. Но при выплавке стали, содержащей менее 0,1 - 0,15% C, в заключительном периоде плавки наблюдается быстрый рост содержания (FeO). При этом содержание марганца в металле уменьшается, несмотря на дальнейшее повышение температуры ванны.

При переработке чугуна с высоким содержанием марганца по одношлаковой технологии в результате восстановления марганца из шлака в заключительном периоде плавки его содержание в металле может быть получено на уровне, отвечающем химическому составу выплавляемой стали. Однако расчеты показывают, что при этом 67 - 75% общего количества внесенного металлической шихтой марганца будет потеряно в результате окисления. Учитывая возрастающую дефицитность марганца, более целесообразным способом получения заданного содержания марганца в стали является переработка низкомарганцевой металлической шихты и ввод недостающего количества марганца в металл в составе ферросплавов в ковше или в печи в заключительном периоде плавки.