Особенности технологии выплавки специальных марок стали.

В промышленности накапливается до 30…40 % легированных отходов. Применение их для выплавки электростали является технически необходимым и экономически выгодным. Снижается расход дорогостоящих ферросплавов, электроэнергии, физического труда.

В настоящее время в достаточном количестве получают технически чистый О₂ из воздуха на любом металлургическом заводе. Это создало условия для переплава отходов высокохромистых нержавеющих и других сталей. С точки зрения термодинамики при повышенных температурах средство к кислороду таких элементов как Сr, Mn, V, W, Nb и других уменьшается, а к углероду – растет.

Поэтому имеется возможность восстановления оксидов этих элементов углеродом ванны. Особенно это необходимо при выплавке нержавеющих сталей с содержанием [Cr] ≥ 13,0 %. Надо обеспечить максимальное усвоение хрома, минимальное содержание углерода для аустенитных коррозионно-стойких сталей и оптимальное количество кислорода.

Шихтовка плавки конструкционной легированной стали.

1. Δ[С] шихты ≥ 0,2…0,3 % по сравнению с нижним пределом заданной марки стали.

2. Отходы легированные этой и других подобных сталей – 70¸100 % в зависимости от содержания фосфора, так как скачивание шлака приведет к потере легирующих элементов (Сr, Mn, W, V, Nb и др.).

3. Отходы углеродистые с низким содержанием фосфора [Р] ≤ 0,01¸0,015 %, в том числе кремнистые, чтобы по расплавлению содержание кремния было [Si] » 0,6¸0,8 %. Вместо отходов возможно применение ФС45.

4. Шлакообразующие: известь (2-3) % от веса завалки.

5. Недостающее количество Ni, Mо, Cu, Co.

По аналогии с рассмотренной выше технологией на «свежей» шихте с окислением период плавления ведется на максимальной мощности трансформатора с применением топливо-кислородной интенсификации (СН₄ + О₂ в соотношении 1:2).

Для максимального сохранения легирующих элементов продувку газообразным О₂ начинают при полностью расплавленной шихте. Возможна подрезка с целью избежания поломки электродов. Расход кислорода в пределах 7¸15 м³/т стали. После получения заданного содержания углерода меньшего на несколько соток нижнего предела заданной марки стали, шлак не скачивают, а приступают к эффективному осадочно-диффузному раскислению. В металл даются кусковые раскислители в виде FeMn, SiMn, SiСr, FeSi45, Al на штанге, а на шлак порошки кокса, FeSi75 %, SiСа, Al с целью максимального восстановления легирующих элементов. В это же время производят легирование хромом и другими элементами согласно частным заводским технологическим инструкциям. Рационально процесс вести без скачивания окислительного шлака в зависимости от содержания серы и возможности внепечной обработки. Если же технология двухшлаковая, то восстановительный период проводят под белыми, карбидными, слабокарбидными шлаками в соответствии с выплавляемой маркой стали и требованиями к ее качеству. Конечное раскисление алюминием и другими элементами с применением тех или иных методов внепечной обработки.

В настоящее время основным методом выплавки нержавеющей стали является переплав легированных отходов с окислением газообразным кислородом. Нержавеющие стали делятся на три группы по структурному состоянию, а именно: аустенитные, ферритные, ферритомартенситные. Кроме этого, от условий работы изделий из этой стали при статических, динамических нагрузках, в различных агрессивных средах, высоких температурах, они подразделяются на кислотоупорные, жаростойкие, жаропрочные. Но во всех случаях содержание хрома ≥ 13 %, а в жаропрочных, работающих при динамических нагрузках и высоких температурах (600…800 °С), добавляются 4-6 % легирующих V, W, Nb, Si, Al, Ti и др. [1, 11].

Остановимся на нержавеющих сталях аустенитного класса типа 0,8¸12Х18Н10Т, 00Х18Н10, так как они очень широко используются в промышленности и машиностроении. Антикоррозийные свойства, т. е. сопротивление газовой внутрикристаллитной коррозии, определяются высоким содержанием хрома и низким углеродом. Оксиды хрома (Сr₂О₃) образуют пассивирующую микропленку и затрудняют диффузионные процессы железа и кислорода. Но хром образует карбиды с углеродом, разрушающие эту пленку. Поэтому вводятся стабилизирующие элементы Ti, nb примерно до 0,7 %, которые являются более сильными карбидообразующими элементами. Они связывают углерод в карбиды до предела растворимости в аустените (≤ 0,025 %), сохраняя стабильными антикоррозионные свойства. Технология выплавки должна обеспечить однородность фазовой структуры, т. е. минимальное количество феррита ≤ 4,0 %. Разнозернистость приводит к возникновению внутрикристаллитной коррозии. Поэтому в готовой стали должно соблюдаться соотношение .

Нержавеющие стали аустенитного класса выплавляются в основных дуговых печах монопроцессом и комбинированным (дуплекс-процессом) ДСП – агрегат типа конвертера.

В ДСП ведется период плавления по описанной ранее технологии и частичное окисление углерода порядка ∆[C] = 0,3¸0,8 %. При этом хром практически не окисляется из-за высокого содержания углерода. Затем полупродукт сливается в конвертер, где осуществляется ступенчатая аргонокислородная продувка, как правило, в четыре этапа, в течение 80-100 минут, из них последний этап восстановительный ведется под белыми шлаками с продувкой только Ar (рис. 12.11).

Кислород подается сверху, аргон через боковые фурмы. Комбинированная продувка позволяет ускорить кинетические процессы доставки углерода и кислорода к месту реакции и ускорить их протекание.

Обычно в таком ЭСПЦ на одну сверхмощную ДСП–100 имеется 2-3 конвертерных агрегата и две МНЛЗ, что обеспечивает максимальную производительность дуговой печи и всего металлургического модуля с высокими экономическими показателями. Дуплекс-процессы с применением вакуума и кислорода, вакуума, аргона и кислорода в сочетании с высокоосновными известковыми шлаками позволяют еще более существенно повысить динамичность процесса, его термодинамические и кинетические возможности по получению [C] ≤ 0,002…0,001 %; [O] ≤ 0,001 %, [Cr] ≥ 99 %, [S] ≤ 0,002…0,001 % [11, 12].

8.3.8.1 Технология переплава легированных отходов без окисления («чистый» переплав)

Применение этого метода дает возможность при выплавке электростали использовать значительное количество легированных отходов, тем самым экономить дорогостоящие ферросплавы. Так как он ведется без окислительного периода, то сокращается продолжительность плавки примерно на 10¸15 % и соответственно расход электроэнергии, уменьшается угар легирующих элементов. Процесс, как правило, одношлаковый [1, 3, 11].

Шихтовка плавки по технологии «чистого» переплава производится по всем элементам с учетом угара.

Общий угар металла – 4…5 %;

[Si] – 30…50 %;

[Mn] – 10…20 %;

[Cr] – 10…15 %.

[Al, Ti] – 80…100 %.

Все материалы шихтовые применяются сухими, так как нет кипения металла, т. е. дегазация отсутствует.

Период плавления ведется по аналогии с выше рассмотренными на максимальной мощности трансформатора и с его перегрузом при закрытых дугах, используются все методы интенсификации, кроме чистого кислорода.

В случае выплавки вольфрамсодержащих сталей и сплавов период плавления ведут под полукислыми шамотными шлаками, так как при основных шлаках образуется соединение (nСаО ·mWO₃) и извлечение вольфрама значительно снижается.

После расплавления шлак, как правило, не скачивается, производится осадочно-диффузионное раскисление с целью более полного восстановления окислившихся легирующих элементов. Восстановительный период ведется под белыми, карбидными, слабокарбидными шлаками в зависимости от химического состава стали.

Доводят сталь до заданного состава, при этом легкоокисляющиеся элементы Ti, Al, Zr и другие присаживают в полностью раскисленный металл в установленное технологией время в печь или ковш с учетом угара. Окончательное раскисление Al » 0,3¸0,5 кг/т; Al + SiСа; Al + В; Al + Р3М.

При выпуске сталь необходимо, по возможности, обрабатывать собственными белыми шлаками. Это способствует уменьшению содержания серы в готовом металле порядка 30…50 % и снижению (НВ) без применения синтетических шлаков. В этом большое преимущество электроплавки стали перед мартеновским и конвертерным процессами. При чистом переплаве без окисления нет дегазации металла от [Н], [N], поэтому обязательно предусмотреть внепечную обработку жидкой стали аргоном, вакуумом в различных вариантах. В таком случае будут полностью реализованы технико-экономические и качественные преимущества этого процесса электроплавки стали.