10% Массы садки – чушковый передельный чугун. В ряде случаев практикуется заливка в печь жидкого чугуна. Применяемый чугун содержит, %: с 3,8-4,0;

Si≤1,25;

Mn≤1,75;

Р≤0,2;

S≤0,05.

Для корректировки химического состава используют чугун с низким содержанием серы и фосфора.

В последнее время получил развитие процесс выплавки стали в дуговых печах с использованием в шихте (до 70-80%) железа прямого восстановления (металлизированных окатышей) вместо металлического лома.

(Продукт восстановления железа из обогащенных руд при температуре ниже температур плавления сплавов «железо-углерод» называют железом прямого восстановления или губчатым железом. Металлизированные окатыши – это железорудное сырье, содержащее восстановленное железо, при этом степень металлизации бывает разной. Количество пустой породы в металлизированном сырье не должно превышать 4%.)

Металлизированные окатыши не содержат примесей цветных металлов, имеют низкое содержание серы и фосфора (до 0,015%), степень металлизации 92-96%, что соответствует содержанию в них кислорода 0,8-1,5%.

Шлакообразующие и окислители

В основных печах для образования шлакового покрова применяют известняк, свежеобожженную известь, шамотный бой, боксит (Al₂O₃) и плавиковый шпат (CaF₂); в кислых печах - кварцевый песок, шамотный бой и известь. Основным шлакообразующим материалом, способствующим удалению из стали вредных примесей (S и Р), является обожженная известь CaO, получаемая из известняка CaCO₃ в шахтных обжиговых печах при температуре 900-1100⁰С. Свежеобожженная известь содержит, %: CaO 85-93;

(Fe₂O₃+Al₂O₃)≤3;

S≤0,1;

СО₂ 3-5;

MgO≤4;

SiO₂ ≤4.

Науглероживатели, раскислители и легирующие

Для увеличения в металле содержания углерода используют науглероживатели: мелкие отходы производства графитизированных электродов и изделий, электродный бой, кокс, древесный уголь и др.

Коксик (мелкий кокс, графитизированный порошок) применяют для раскисления шлака в ДСП. Для науглероживания металла в ковше а процессе выпуска плавки применяют кусковой кокс (85%С). Чистый по сере древесный уголь или нефтяной кокс применяют редко, т.к. дефицитны. В ряде случаев ванну науглероживают, опуская в металл электроды.

В качестве раскислителей применяют материалы, содержащие элементы с большим сродством к кислороду, чем железо: ферромарганец, алюминий, силикокальций и др. Наиболее широко применяют алюминий, используют виде кусков или порошка.

Для получения стали и сплавов с различным содержанием легирующих элементов (хрома, молибдена, вольфрама и т.д.) используют присадки соответствующих металлических материалов и сплавов в виде ферросплавов (феррохром, ферромолибден, ферровольфрам и др.)

Загрузку осуществляют в основном сверху, применяя загрузочные бадьи с разъемными днищами, в один - два приема. Шихту в печь загружают в следующем порядке: на подину заваливают часть мелочи для защиты ее от ударов крупных кусков, затем крупные и средние куски, на самый верх вторую половину мелочи и чугун.

Размещение металлической части шихты должно быть достаточно плотным, чтобы обеспечивать стабильное горение дуг.Легирующие добавки располагают в зависимости от их температур плавления: более тугоплавкие – в центральную часть бадьи, менее тугоплавкие – в периферийную часть. Образование шлака, необходимого для удаления фосфора и защиты металла от окисления, обеспечивают добавкой в шихту извести в пределах до 3% и железной руды до 1,5% от массы металлической части шихты. Продолжительность загрузки 5 минут.

Период плавления. В период плавления шихты необходимо обеспечить: быстрое расплавление материалов;

своевременное наведение шлака (защищает металл от науглероживания от электродов, защищает от охлаждения, от окисления, обеспечивает удаление примесей);

предохранение подины от перегрева в момент приближения к ней электродов.

После окончания завалки электроды опускают почти до касания с шихтой и включают ток. Под действием высокой температуры дуг шихта под электродами плавится, жидкий металл стекает вниз, накапливаясь в центральной части подины. Электроды опускают до поверхности скопившегося расплавленного металла, проплавляя в шихте «колодцы» и достигая крайнего нижнего положения (до касания с расплавленным металлом). Движение электродов осуществляется в автоматическом режиме, это делает возможным поддержание постоянной длины дуги.

На средних и больших печах операция проплавления колодцев повторяется неоднократно с использованием механизма поворота рабочего пространства печи на угол ~40⁰.

Электроды движутся вверх - в большей мере расплавляется средняя часть завалки, когда электроды достигают среднего положения, шихта расплавлена почти полностью, остается нерасплавившийся скрап лишь на откосах печи. Чтобы ускорить процесс плавления применяют газокислородные горелки (куски шихты «подрезают» кислородом).

В период плавления окисляются примеси, содержащиеся в металлической части шихты. С высокой степенью полноты окисляются титан, алюминий, кремний; с меньшей полнотой – фосфор, хром, марганец. Для более полного окисления фосфора к моменту окончания периода плавления содержание FeO в шлаке должно составлять 12-15%, основность шлака – ≥1,6. После расплавления ванны удаляют не менее 70% шлака, содержащего фосфор, и вводят в печь известь с плавиковым шпатом.

Продолжительность периода плавления составляет половину продолжительности всей плавки (1,2-3 ч). В этот период расходуется до 80% энергии, потребляемой на плавку в целом (430-480 кВт*ч/т).

Окислительный период. Основные задачи периода:

снижение содержания фосфора в металле до 0,015%;

доведение углерода до заданных пределов;

снижение содержания водорода, азота и неметаллических включений;

нагрев металла до температуры выпуска (перегрев металла на 120⁰С над точкой ликвидуса).

Для окисления оставшихся количеств фосфора вводят в ванну определенные порции железной руды с известью либо ведут продувку кислородом, поддерживая кипение ванны, вспенивание шлака и его самопроизвольный сход в шлаковую чашу. Общий расход руды составляет 3-6,5% от массы металла. Присадка руды или продувка кислородом вызывает интенсивное окисление углерода. К концу окислительного периода содержание углерода должно быть несколько меньше нижнего предела для готовой стали. Скорость обезуглероживания газообразным кислородом в 3-5 раз больше, чем железной рудой, что дает возможность сократить продолжительность окислительного периода до 20-30 минут.

Температура металла в начале окислительного периода составляет примерно 1480-1520⁰С, в конце периода 1590-1640⁰С (в зависимости от назначения стали, например температура инструментальной стали ниже температуры конструкционной, т.е. зависит от содержания углерода и легирующих добавок).

Поведение марганца в окислительный период не контролируют. Хром продолжает окисляться, причем часть его теряется со скачиваемым шлаком. Удаляется до 40-60% серы, содержащейся в шихтовых материалах.

Продолжительность периода в среднем не превышает 60 минут.

Восстановительный период. Задачами периода являются: раскисление металла, удаление серы, доведения химического состава стали до заданного, корректировка температуры.

Восстановительный период начинают после скачивания шлака окислительного периода, созданием известкового шлака. Вводят смесь извести, плавикового шпата и шамотного боя (5:1:1) до 3% от массы металла. Также на шлак вводят раскислительную смесь (кокс, FeSi, Al, SiCa) в виде порошка, после чего происходит восстановление железа, марганца и хрома в шлаке, создается восстановительная атмосфера.

Таким образом, происходит диффузионное раскисление в присутствии белого, или карбидного, шлака, образующегося за счет обработки коксом и ферросилицием. Данный шлак обладает высокой серопоглатительной способностью. К моменту выпуска целесообразно разжижение этого шлака добавками плавикового шпата и его дополнительное раскисление порошком Al.

Для окончательного раскисления металла при выпуске в ковш вводят алюминий в количестве до 1 кг/т стали. Однако в этом случае образуются неметаллические включения в неблагоприятной форме. В связи с этим для окончательного раскисления желательно применение также других раскислителей ( SiCa, FeTi и др.)

Общая продолжительность восстановительного периода при выплавке разных марок сталей составляет 1-2 часа. В настоящее время использование установок внепечной обработки стали позволило отказаться от проведения восстановительного периода, что существенно повышает производительность электропечей.

Выпуск металла и шлака из печи в ковш осуществляется через выпускное отверстие и желоб при наклоне печи.

тема № 8

10. Самостоятельная работа студента:

1. Разновидности технологии плавки в электродуговых печах

2. Электродуговые печи постоянного тока

30