Плавка с использованием металлизованных окатышей

В последние годы расширяется использование при выплавке стали в электропечах металлизованных окатышей, т.е. неполностью восстановленных железорудных окатышей, получаемых методами прямого восстановления. Диаметр окатышей равен 3—20 мм, их основу составляет железо с содержанием углерода от 0,2 до 2,0—2,4 %; они содержат также некоторое количество невосстановленных оксидов железа (3-12 %) и пустую породу (в основном SiO₂ и А1₂О₃), количество которой должно быть не более 3-7 % от массы окатышей. Важная характеристика окатышей - степень металлизации, т.е. отношение количества восстановленного (металлического) железа к его общему количеству в окатыше; обычно она составляет 0,88—0,97 (88—97 %).

Отличительная особенность этого сырья — малое содержание серы, фосфора, меди, никеля, хрома и других примесей, обычно содержащихся в стальном ломе (Pb, Sn, Bi, Zn, As, Sb). Это упрощает процесс выплавки и обеспечивает получение стали высокой степени чистоты (суммарное содержание примесей в стали получается в 3—10 раз меньше, чем при выплавке из стального лома).

Если содержание металлизованных окатышей в шихте не превышает 25—30 % от ее массы, то технология электроплавки существенно не отличается от обычной. Переработка же шихты, основу которой составляют металлизованные окатыши, требует применения специфической технологии. Существенными особенностями этой технологии являются:

- непрерывная загрузка окатышей со скоростью, пропорциональной подводимой в печь электрической мощности, причем загрузка должна начинаться после сформирования в печи ванны жидкого металла;

- совмещение периода плавления с окислительным (обезуглероживанием);

- упрощение технологии плавки в связи с малым содержанием в шихте вредных примесей — серы и фосфора.

Оптимальное содержание окатышей в шихте составляет 60—70 % от ее массы; при большем их содержании возрастает длительность расплавления и плавки в целом.

Ниже охарактеризована технология, применяемая на 150-т печах Оскольского электрометаллургического комбината.

После заправки в печь корзиной загружают стальной лом в количестве 25-40 % от массы шихты и немного извести и плавикового шпата для наведения первичного шлака. Иногда при выплавке углеродистых сталей, когда в металле по расплавлении нужно иметь повышенное количество углерода, а его содержание в окатышах невелико, для увеличения содержания углерода, являющегося восстановителем оксидов железа окатышей, добавляют кокс; его загружают на под печи или в начале плавления в проплавляемые в слое лома колодцы.

После завалки лома включают печь и примерно через 20 мин, когда в шихте проплавлены колодцы и образовалась жидкая ванна, начинают непрерывную загрузку окатышей; обычно их загружают в зону электрических дуг с помощью автоматизированной системы через отверстие в своде печи. Поступающие в ванну окатыши нагреваются и плавятся, а содержащиеся в них пустая порода и оксиды железа переходят в шлак; плавление окатышей сопровождается реагированием углерода металла с оксидами железа шлака, т.е. восстановлением железа углеродом с образованием СО, вызывающим кипение ванны. Вместе с окатышами непрерывно загружают известь для офлюсования пустой породы окатышей; ее дают столько (~ 100—120 кг на 1т окатышей), чтобы получался шлак с основностью 1,7—2,1. После проплавления половины окатышей из печи сливают часть шлака.

Скорость подачи окатышей согласуют с подводимой в печь электрической мощностью так, чтобы температура ванны была не ниже 1550—1610 °С. При чрезмерном расходе окатышей температура ванны снижается, в результате чего существенно замедляется плавление окатышей. Наряду с этим процесс стараются вести так, чтобы плавление сопровождалось интенсивным кипением ванны (окислением углерода), поскольку кипение (перемешивание) ускоряет нагрев ванны и плавление окатышей. Интенсивность кипения будет мала при высокой степени металлизации окатышей (малом содержании в них оксидов железа) и низким содержанием в них углерода. Для интенсификации кипения на отдельных плавках применяют продувку ванны кислородом, загрузку окисленных окатышей, добавку науглероживателя (кокса).

После окончания плавления окатышей из печи сливают большую часть окислительного шлака и при необходимости проводят кратковременную продувку кислородом до получения заданного содержания углерода в жидком металле, а также нагревают металл до требуемой температуры. Далее металл без шлака выпускают в ковш, куда вводят раскислители и легирующие, а после них известь с плавиковым шпатом для создания в ковше шлакового покрова. Затем ковш передают на установки внепечной обработки.

Порядок выполнения практической работы № 3

Разработать технологию выплавки стали заданной марки стали в дуговых электропечах.

Варианты индивидуальных заданий приводятся в приложении 1.

При разработке технологии обосновать выбор плавки на свежей шихте или методом переплава легированных отходов.