Лекция №1 Основные этапы развития сталеплавильного производства

Технологическая схема производства нержавеющей стали на свежей шихте широко применялась на раннем этапе ее производства. В настоящее время такая схема в нашей стране используется для производства фасонного литья из нержавеющих сталей в фасонолитейных цехах, а также эпизодически может использоваться в старых сталеплавильных цехах для выплавки нержавеющих сталей с содержанием углерода не более 0,03%. Для выплавки нержавеющих сталей по возможности используется специализированная дуговая печь. Если производится хромистая нержавеющая сталь, то в печь во время завалки загружаются только отходы утлеродистых сталей, если производится хромоникелевая или хромоникельмолибденовая нержавеющая сталь, то в период завалки в печь загружают также необходимое количество никельсодержащих материалов и, если надо, ферромолибден. Плавление загруженной шихты проводится по традиционной схеме во время плавления в печь загружается известь (до 2% к массе металлической шихты) с целью повышения основности шлака и проведения частичной дефосфорации металлического расплава. В цехах, использующих газообразный кислород, для ускорения расплавления шихты, в конце плавления вдувают печь газообразный кислород. После окончания плавления шихты шлак частично или полностыо (при выплавке особо низкоуглеродистых сталей) обновляется.

Окисление примесей (прежде всего углерода) в окислительный период плавки осуществляют газообразным кислородом. Особых затруднений с окислением углерода до нужных концентраций (0,06...0,08%) не наблюдается, если имеется возможность обеспечить достаточную интенсивность продувки кислородом (0,2...0,5 нм³/(т·мин)). Присутствие в расплаве никеля облегчает окисление углерода в связи с повышением активности углерода в расплаве. Длительность продувки кислородом, включая конец периода плавления, составляет 12... 18 минут для печей малой и средней вместимости. В конце продувки температура металла составляет 1680... 1740 °С, содержание кислорода в металле 0,070...0,080%. Во время продувки в период интенсивного обезуглероживания шлак вспенивается, и часть шлака стекает из печи в шлаковню, что способствует хорошсй дефосфорации металла. Примерный состав шлака в конце продувки, %: 38...42 СаО; 10... 15 SiO₂; 20...30 ҒеО; 10...12 MgO; 3. .4 МnО.

В случае производства особо низкоуглеродистых нержавеющих сталей

([С] < 0,03%) во время окислительного периода требуется понизить содержание углерода в металле до 0,01...0,02%. Для этого приходится увеличивать длительность продувки и интенсивность подачи кислорода. Глубокое обезуглероживание в таком случае сопровождается большим угаром железа (содержание оксидов железа в шлаке 40...50%) и существенным повышением температуры расплава до (1850 °С). Содержание кислорода в металле повышается до 0,110...0,180%. По данным содержание никеля в железоуглеродистом расплаве и интенсивность подачи кис- лорода в ванну существенно влияют на скорость обезуглеро- живания и общее время продувки (рис. 1).

Рис. 1. Влияние содержания никеля на протекание обезуглероживания железоникелевого расплава: 1 – 0,2...1,5% Ni;

2 – 13,9...16,7% Ni; 3 – 25...28% Ni; 4 – 13...15% Ni, интенсивность продувки кислородом снижена вдвое: 0,6...0,8м³/(т мин)

После получения нужного содержания углерода в расплаве продувка кислородом прекращается, и окислительный шлак по возможности более полно из печи скачивается. Полное скачивание шлака затруднено, так как железистые шлаки конца периода продувки имеют очень высокую жидкоподвижность.

В фасонолитейных цехах, не имеющих газообразного кислорода, окисление углерода при плавке нержавеющий стали на свежей шихте осуществляется твердыми окислителями, присаживаемыми на шлак. В таком случае твердые окислители вводятся только в хорошо нагретую ванну и порциями. Длительность окислительного периода увеличивается до 30 и более минут. Температура металла в конце окисли- тельного периода значительно ниже (1620...1650 °С). Содержание кислорода в металле колеблется в значительных пределах в зависимости от конечного содержания углерода. Содержание фосфора в металле ниже, чем на плавках с использованием газообразного кислорода. При окислении углерода только твердыми окислителями трудно получить содержание углерода в металле менее 0,08%, поэтому для фасонолитейных цехов, не использующих газообразный кислород, номенклатура выплавляемых нержавеющих сталей ограничена сталями со сравнительно высоким содержанием углерода.

Особенности восстановительного периода при выплавке нержавеющих сталей на свежей шихте вызваны высокой окисленностью металла и шлака (в связи с попаданием в шлак восстановительного периода довольно большого количества остатков окислительного шлака), а также необходимостью ввести в расплав в ограниченное время большое количество тугоплавкого безуглеродистого феррохрома и добиться максимально высокого его усвоения.

После скачивания окислительного шлака проводят осаждающее раскисление металла марганцем, кремнием и алюминием. Затем в печь присаживают шлаковую смесь для наведения восстановительного шлака (известь и плавиковый шпат). Восстановительный шлак формируют из этой смеси и остатков окислительного шлака. Чтобы облегчить усвоение тугоплавкого низкоуглеродистого феррохрома ванной, феррохром, необходимый для легирования, в печь загружают двумя или тремя порциями с интервалом 10...20 минут, ванну постоянно перемешивают гребками. По ходу восстановительного периода шлак раскисляют порошками ферросилиция и алюминия. С целью исключения возможности науглероживания расплава электродами в восстановительный период плавки работают на длинной дуге, используя относительно высокое вторичное напряжение (обычно вторая ступень напряжения трансформатора). Длительность восстановительного периода 50...70 минут. Перед выпуском плавки проводят окончательное раскисление металла кусковым алюминием и, если надо, легируют металл титаном.

В восстановительный период плавки особо низкоуглеродистых сталей (< 0,03% углерода) расход раскислителей на раскисление металла и шлака резко возрастает из-за очень большой окисленности ванны (суммарный расход кускового алюминия 4...5 кг/т, порошка алюминия 3...5 кг/т).