Лекция №1 Основные этапы развития сталеплавильного производства

После удаления окислительного шлака в печь присаживают ферромарганец в количестве, необходимом для обеспечения содержания марганца в металле на его нижнем пределе для выплавляемой стали, а также ферросилиций из расчета вве­дения в металл 0,10—0,15 % кремния и алюминий в количест­ве 0,03—0,1%. Эти добавки вводят для обеспечения осажда­ющего раскисления металла.

Далее наводят шлак, вводя в печь известь, плавиковый шпат и шамотный бой в соотношении 5:1:1 в количестве 2-4 % от массы металла. Через 10—15 мин шлаковая смесь расплавляется, и после образования жидкоподвижного шлака приступают к диффузионному раскислению ванны. Периодичес­ки, через 10—12 мин, в печь вводят порции раскислительной смеси из извести, плавикового шпата и раскислителя. Пер­вые 15—20 мин в качестве раскислителя в этой смеси используют молотый кокс (углерод), далее вместо него молотый ферросилиций; иногда допускается дача порций чис­того кокса или ферросилиция. На некоторых марках стали в конце восстановительного периода в состав раскислительной смеси вводят более сильные раскислите ли — молотый силикокальций и порошкообразный алюминий.

Обычно расход кокса на раскисление под белым шлаком составляет 1—2 кг/т металла. Расход ферросилиция опреде­ляют с учетом того, что около 50 % кремния переходит в металл; в течение восстановительного периода содержание кремния в металле за счет присадок на шлак порошкообраз­ного ферросилиция доводят до 0,25—0,35 % (что соответст­вует его содержанию в нелегированных кремнием сталях).

Суть диффузионного раскисления, протекающего в течение всего периода заключается в следующем. Поскольку раскис­ляющие вещества применяют! в порошкообразном виде, плот­ность их невелика и они очень медленно опускаются через слой шлака. В шлаке протекают следующие реакции раскисле­ния:
(FeO) + С = Fe + CO; 2(FeO) + Si = 2Fe + (SiО₂) и т.п.
В результате содержание FeO в шлаке уменьшается и в соот­ветствии с законом распределения (FeO)/[FeO] = const кис­лород (в виде FeO) начинает путем диффузии переходить из металла в шлак (диффузионное раскисление). Преимущество диффузионного раскисления заключается в том, что посколь­ку реакции раскисления идут в шлаке, выплавляемая сталь не загрязняется продуктами раскисления— образующимися оксидами, т.е. будет содержать меньше оксидных неметалли­ческих включений.

По мере диффузионного раскисления постепенно умень­шается содержание FeO в шлаке и пробы застывшего шлака светлеют, а затем становятся почти белыми. Белый цвет шлака характеризует низкое содержание в нем FeO. При охлаждении такой шлак рассыпается в порошок.

Белый шлак конца восстановительного периода имеет сле­дующий состав, %: 53–60 СаО; 15–25 SiО₂; 7–15 MgO; 5–8 А1₂О₃; 5–10 CaF₂; 0,8–1,5 CaS; < 0,5 FeO; < 0,5 MnO.

Во время восстановительного периода успешно идет десульфурация, что объясняется высокой основностью шлака (CaO/SiО₂ = 2,7–3,3) и низким (< 0,5 %) содержанием в нем FeO, обеспечивающими сдвиг равновесия реакции десульфурации

В конце восстановительного периода, когда шлак и ме­талл раскислены, проводят легирование металла элементами, имеющими значительное химическое сродство к кислороду (подробнее см. ниже).

Для улучшения перемешивания шлака и металла и интенси­фикации медленно идущих процессов перехода в шлак серы* кислорода и неметаллических включений в восстановительный период рекомендуется применять электромагнитное перемеши­вание металла.

Длительность восстановительного периода составляет 40-100 мин. За 10-20 мин до выпуска проводят, если это необходимо, корректировку содержания кремния в металле, вводя в печь кусковой ферросилиций. Для конечного раскис­ления за 2—3 мин до выпуска в металл присаживают 0,4—1,0 кг алюминия на 1 т стали, расход алюминия в этих пределах возрастает при снижении содержания углерода в выплавляемой стали. Выпуск стали из печи в ковш произво­дят совместно со шлаком. Интенсивное перемешивание метал­ла со шлаком в ковше обеспечивает дополнительное рафини­рование — из металла в белый шлак переходят сера и неме­таллические включения. По ходу плавки в экспресс–лаборатории контролируют изменение состава металла и шла­ка, измеряют температуру металла термопарами погружения.

Иногда восстановительный период проводят не под белым, а под карбидным шлаком, который отличается от белого на­личием карбида кальция (СаС₂) и более высокой основ­ностью. При этом наведенный в начале восстановительного периода шлак раскисляют повышенным количеством кокса (2—3 кг/т), после чего печь герметизируют. При таких условиях в зоне электрических дуг идет реакция
СаО + 3С = СаС₂ + СО.
Образующийся карбид кальция является энергичным раскислителем, и наличие его в шлаке обеспечивает более пол­ное, чем под белым шлаком, раскисление и десульфурацию. Выдержка под карбидным шлаком, который содержит 1,5—2,5 % СаС₂, составляет 30-40 мин. Карбид кальция хорошо смачи­вает металл, поэтому при выпуске плавки в ковш под кар­бидным шлаком, металл загрязняется мелкими частичками шлака. Для предотвращения этого карбидный шлак за 20-30 мин до выпуска переводят в белый. Для этого в печь открывают доступ воздуху, открывая рабочее окно. Кислород воздуха окисляет карбид кальция с образованием СаО и СО, и результате чего карбидный шлак превращается в белый.