Удаление неметаллических включений

Кипение металла облегчает также процесс всплывания и ассимиляции в шлаке неметаллических включений.

Основные источники неметаллических включений в марте­новской стали следующие: а) шихтовые материалы — чугун, скрап; б) огнеупорная футеровка печи, желоба, ковша, ко­торая вымывается в результате механического воздействия металла; в) шлак, частички которого запутываются в метал­ле при выпуске плавки из печи; г) взаимодействие металла со шлаком (например, переход кислорода или серы из шлака в металл) или введение в металл раскислителей или леги­рующих элементов, а также выделение включений из металла при кристаллизации стали в результате уменьшения их раст­воримости при понижении температуры. Практика показывает, что последняя причина в большинстве случаев является основным источником неметаллических включений в мартенов­ской стали.

При плохом состоянии футеровки агрегата, ковша, желоба и других участков печи количество внесенных ими включений

также становится значительным. Эти включения можно легко отличить под микроскопом по их относительно большим раз­мерам и форме. Включений, вносимых шихтой, обычно немно­го; они сравнительно легко удаляются во время плавки.

При кипении ванны поднимающиеся пузырьки СО увлекают с собой неметаллические включения, существенно ускоряя про­цессы их укрупнения и всплывания; при этом поверхность раздела металл—шлак возрастает, условия контакта всплы­вающих включений со шлаком облегчаются.

Ход плавки при основном мартеновском процессе

Ход мартеновской плавки в значительной степени зависит от состава шихты и марки стали.

Ход плавки при скрап-процессе. В составе мартеновской шихты при скрап-процессе мало чугуна и много скрапа. Соотношение между количеством заваливаемого скрапа и чу­гуна определяется составом чугуна и скрапа, окислительной способностью печи и маркой выплавляемой стали. Как уже говорилось, для получения качественной стали необходимо, чтобы металл в печи некоторое время "кипел". Эффект кипе­ния вызывает реакция окисления углерода, и металл в нача­ле периода доводки и кипения (в момент расплавления) дол­жен содержать углерода значительно больше, чем в конце этого периода, перед выпуском плавки. Обычно в зависимос­ти от марки стали, емкости печи и других условий избыточ­ная величина содержания углерода составляет 0,4—0,8 %. Например, если нужно выплавить сталь, содержащую 0,4 % С, необходимо, чтобы при расплавлении содержание углерода в ней составляло 0,9 %. Избыток углерода, характеризуемый величиной 0,9—0,4 = 0,5 % С, выгорит за период доводки. За это время металл нагревается, газы и включения уда­ляются, произойдут дефосфорация, десульфурация и другие процессы.

Необходимое количество углерода поступает в шихту обычно с чугуном; лишь в исключительных случаях, когда чугуна нет или он очень дорог, углерод вводят с карбюра­торами (углем, коксом, электродным боем и др.). В этом случае процесс называют "карбюраторным".

Периоду кипения предшествуют периоды завалки и плавле­ния шихты. Во время завалки и плавления углерод шихты то­же окисляется, причем величина угара зависит от многих

факторов: продолжительности завалки и плавления, окислен-ности скрапа, содержания кремния и марганца в чугуне и др. Например, если в чугуне много кремния, то угар угле­рода будет меньше. Обычно угар углерода за время завалки и плавления составляет 30—40 %. Зная на основании опытных данных величину угара углерода, можно в каждом конкретном случае подсчитать требуемое количество чугуна для за­валки.

Например, для выплавки стали 40 (0,40 % С) необходимо, чтобы при расплавлении было около 0,90 % С. Если принять, что за время завалки и плавления угорает 35 % углерода шихты, то, чтобы при расплавлении было 0,90 % С, необхо­димо, чтобы шихта содержала 0,90 : 0,65 = 1,385 % С.

Если принять, что в чугуне 4 % С, а в скрапе 0,3% С, и обозначить количество чугуна через х, а количество скрапа (100-д:), то получим 4,0* + 0,3(100-*) = 1,385 ■ * 100, откуда х = 29,4.

Таким образом, для выплавки стали марки 40 необходимо, чтобы при данных условиях шихта содержала 29,4 % чугуна и 70,4 % скрапа. Обычно содержание чугуна в шихте при скрап-процессе в зависимости от заданной марки стали ко­леблется от 25 до 40 % от массы металлической шихты.

Применяемый при скрап-процессе чушковый чугун содержит Si и Мп. Тепло экзотермических реакций окисления примесей (Si и Мп) составляет при скрап-процессе 7—9% от общего прихода тепла в рабочем пространстве печи. Кремний и мар­ганец, находящиеся в шихте в значительных количествах, предохраняют в известной степени от окисления железо и углерод, позволяя, таким образом, вести процесс с меньшим содержанием чугуна в шихте.

В мартеновской печи при скрап-процессе чугун обычно поступает в цех в твердом состоянии - в "чушках". В боль­шинстве случаев завалку производят следующим образом: вначале заваливают железный скрап, затем чугун. Капельки чугуна, расплавляющегося под воздействием факела, стекая вниз, передают тепло нижним слоям шихты и науглероживают скрап, снижая тем самым температуру его плавления. В кон­це концов наступает момент, когда вся металлическая шихта расплавляется и начинается энергичное окисление находяще­гося в металле углерода: начинается период доводки и ки­пения. К этому моменту ванна оказывается покрытой шлаком.

Для удаления фосфора и серы основность шлака должна быть достаточно высокой. С этой целью в шихту основной мартеновской плавки вводят известняк (СаСО_э) или известь (СаО). Расход известняка (или извести) на завалку зависит от состава шихты и требований, предъявляемых к составу шлака после расплавления. Например, если шихта 100-т печи состоит из 40 т чугуна, содержащего 1,5 % Si, и 60 т скрапа, содержащего 0,25% Si, то всего кремния в шихте будет (40/100) • 1,5 + (60/100) • 0,25 = 0,75 т. Во время завалки и плавления кремний шихты окисляется практически полиостью. В данном случае образуется 0,75 • (60/28) = = 1,61т Si0₂.

Для получения шлака (после расплавления ванны) с ос­новностью (CaO)/(Si0₂), равной 2,2, необходимо ввести 1,61 • 2,2 = 3,54 т СаО. Если принять, что в известняке содержится около 50 % СаО, то в данном случае необходимо завалить в печь 3,54 :0,50 = 7,08 т известняка.

Если в шихте находится повышенное количество фосфора или пустой породы и других посторонних примесей, содержа­щих кремний или кремнезем, то расход известняка (или из­вести) соответственно возрастает. Обычно расход известня­ка при скрап-процессе составляет 5—10 % от массы металли­ческой шихты.

Известняк заваливают в нижние слои шихты вперемежку со скрапом. При нагревании СаСО_э разлагается по реакции СаСО_э —-*СаО+С0₂. СаО переходит в шлак, а пузырьки С0₂ участвуют в процессе перемешивания ванны. Кроме того, пу­зырьки С0₂, проходя через расплавляющуюся ванну, участву­ют также в процессе окисления углерода: С0₂ + [С] = 2СО.

Известняк — материал малотеплопроводный. Процесс раз­ложения известняка длительный, поэтому часто вместо из­вестняка в печь заваливают свежеобожженную известь. При этом ускоряется шлакообразование, сокращается расход теп­ла, уменьшается расход чугуна. Применяемая в мартеновских цехах известь содержит обычно 70—85 % СаО. Расход извести на завалку составляет 4—8 % от массы металлической шихты. Существенным недостатком свежеобожженной извести является необходимость ее немедленного использования. Даже при непродолжительном хранении известь начинает реагировать с влагой воздуха, что сопровождается образованием так назы­ваемой гашеной извести Са(ОН)₂.

При длительном хранении "гасится" значительная часть извести и она при этом рассыпается в порошок. Такую из­весть называют "пушонкой". Использование ее в мартеновс­кой печи нежелательно, так как при завалке ее в печь зна­чительная часть уносится продуктами сгорания в шлаковики и регенераторы и, кроме того, такая известь несет с собой значительное количество водорода. Если нельзя употреблять свежеобожженную известь, то следует применять известняк, так как он не гигроскопичен.

Таким образом, при скрап-процессе шихта обычно состоит из скрапа, твердого чушкового чугуна и известняка (или извести). Расход чугуна определяется необходимостью иметь при расплавлении определенное содержание углерода, а рас­ход известняка — определенную основность шлака.

Во время завалки и плавления окисляются часть углерода шихты, весь кремний и значительная часть марганца. Кроме того, за это же время окисляется некоторое количество же­леза. Оксиды железа, кремния и марганца вместе со всплыв­шей известью образуют основной шлак, состоящий обычно из 35-45% СаО, 20-25% Si0₂, 10-15% FeO, 13-17% MnO. Общее количество шлака после расплавления составляет обы­чно 8—10 % от массы металла. В таком основном шлаке к мо­менту расплавления находится и некоторое количество фос­фора и серы, удаленных из металла за время плавления ших­ты. Продолжительность периодов завалки и плавления 5—6 ч.