Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

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 сталь в печи некоторое время "кипел". Эффект кипения вызывает реакция окисления углерода, и сталь в начале периода доводки и кипения (в момент расплавления) должна 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 сталь 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, окисленности 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.

Для выплавки стали марки 40 необходимо, чтобы 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 Mn. Тепло экзотермических реакций окисления примесей (Si и Mn) 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 (СаСО3) 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 SiO2.

Для получения шлака (после расплавления ванны) с основностью (CaO)/(SiO2), 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 СаСО3 разлагается по реакции СаСО3 = СаО + СO2. СаО переходит в шлак, а пузырьки СO2 участвуют в процессе перемешивания ванны. Кроме того, пузырьки СO2, проходя через расплавляющуюся ванну, участвуют также в процессе окисления углерода: СO2 + [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% SiO2, 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.

Источник [2] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: мартеновское производство стали
Вернуться на главную: Черная металлургия