65. 2.9 Шихтовые материалы, используемые при выплавке стали.

Металлошихта. Чугун. Металлолом. Особенности обеспечения металлоломом в начале 21 века. Новые виды металлошихты. Продукты прямого восстановления железа. Ферросплавы. Добавочные и вспомогательные материалы. Флюсы. Окислители. Карбюризаторы.

2.9 ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ в основных дуговых электропечах.

Производство стали связано с использованием значительных количеств различных материалов, которые состоят из металлошихты, флюсов, окислителей, карбюризаторов, топлива (природный газ, мазут, коксовый газ, доменный или колошниковый газ), электроэнергии, воды, инертных газов (аргон, азот), огнеупоров, электродов и др. Расход каждого из этих материалов наряду с затратами на электроэнергию влияет на себестоимость стали. Более чем на 80 % себестоимость стали определяется стоимостью используемого сырья, прежде всего расходом и стоимостью металлошихты.

2.9.1 Металлошихта

В качестве металлошихты используют:

а) чугун (жидкий или твердый);

б) металлолом, в технической литературе часто используют термин «скрап» от англ. scrap – остатки, отходы металлургических производств;

в) металлодобавки, например, продукты прямого восстановления железа, ферросплавы и другие легирующие элементы.

Расход металлошихты, составляющий (1100–1150) кг/т жидкой стали, определяется:

1) составом шихты (доля чугуна, доля скрапа в шихте);

2) характером шихты и химическим составом ее составляющих (степень «зашлакованности» чугуна, концентрация в нем легкоокисляющихся примесей, «замусоренность» скрапа);

3) технологией плавки (будет применяться кислород для продувки ванны или нет, большое или умеренное количество образующегося шлака и т. п.).

Расход металлошихты снижают при использовании в качестве окислителей железной руды, окалины или других материалов, в состав которых входит железо (оно частично восстанавливается и переходит в металл). Выход жидкой стали (по отношению к массе металлошихты) существенно возрастает в тех случаях, когда в ванну вводится большая масса легирующих элементов (обычно в виде ферросплавов, т.е. сплавов с железом).

2.9.1.1 Чугун

Чугун получают в доменных печах восстановлением железа из железорудных материалов (агломерата, окатышей и др.). Выплавляемый в доменных печах чугун содержит некоторое количество серы, фосфора (практически весь фосфор, содержащийся в доменной шихте, восстанавливается и переходит в чугун), кремния, марганца. Кроме того, в процессе контакта капель жидкого чугуна, стекающих в горн печи через слой раскаленного кокса, происходит науглероживание металла. Содержание углерода в чугуне во многом определяется наличием в чугуне тех или иных примесей. Марганец, хром, ванадий образуют карбиды, способствуя увеличению содержания углерода в чугуне. Сера, фосфор, медь способствуют снижению содержания углерода. Поэтому в ферромарганце и в высокомарганцовистом чугуне содержание углерода выше, чем в обычном передельном чугуне до 7 %, а в литейных чугунах с повышенными концентрациями кремния содержание углерода ниже (3,5 – 4,5) %. Обычно передельный (используемый для передела в сталь) чугун имеет состав по массе в %: С – (4,4–4,6); Si – (0,2–0,8); Мп – (0,2–0,6); Р < 0,3; S < 0,05.

Таким образом, в чугуне приблизительно 94 % Fe и 6 % различных примесей. В процессе передела чугуна в сталь в окислительных условиях основная масса примесей окисляется. Кроме того, при использовании кислорода для продувки сталеплавильной ванны часть железа (1–2) % испаряется, окисляется и в виде пылегазовых выбросов покидает агрегат. Масса шлака в момент окончания плавки стали составляет (10–20) % от массы металла. Шлак содержит (20–25) % оксидов железа, или (1,5–2,5) % Fе от массы металла. Этот расчет показывает, что при плавке стали из шихты, состоящей на 100 % из жидкого чугуна, около 10 % ее массы переходит в шлак и в газовую фазу и расход металлошихты на 1 т жидкой стали превышает 1100 кг.

Мировая цена 1 т жидкого чугуна (140–160) долл. США, цена металлолома ниже, она меняется в зависимости от конъюнктуры рынка и составила за период с 1975 по 1995 г. от 55 до 92 % стоимости чугуна. Этим объясняется стремление металлургов гибко реагировать на колебание цен и максимально использовать в шихте металлолом.