Выплавка нержавеющей стали методом переплава легированных отходов с применением кислорода

Наиболее широко и экономически эффективно кислород используется при выплавке высокохромистых нержавеющих сталей на их отходах. Применение руды для окисления углерода сопровождается большими потерями хрома, времени и разрушением футеровки; выплавка с рудой нержавеющих сталей, содержащих менее 0,1% С, невозможна.

Переплав отходов нержавеющих сталей с применением кислорода осуществляется в печах любой емкости.

Количество отходов нержавеющих сталей, а следовательно, и расчетное содержание хрома в шихте определяются в зависимости от конечного содержания углерода; так, на Златоустовском металлургическом заводе при содержании углерода 0,08% и расчетном содержании хрома 16—19% количество отходов допускается до 80%.

Расчетное содержание кремния в шихте должно быть в пределах 0,8—1,0%. Кремний вводят отходами легированных кремнием сталей (ХГСА, трансформаторная и др.). Кремний, окисляясь в первую очередь, ускоряет повышение температуры металла, что ведет к уменьшению угара хрома. При отсутствии соответствующих отходов кремний вводят силикохромом или ферросилицием.

Расчетное содержание углерода в шихте должно быть на 0,15% выше предельного содержания в выплавляемой стали.

Расчетное содержание никеля берется по верхнему пределу; в шихту присаживают никель или отходы высоконикелевых сталей.

Продувку кислородом через трубки начинают, когда в печи имеется еще 20—30% нерасплавленной шихты. Угар хрома при этом возрастает, но сокращается продолжительность плавки и расход энергии. Наибольший эффект в результате развития экзотермических реакций достигается, когда кислород вдувается непосредственно в жидкий металл.

После полного расплавления отбирают пробу металла на анализ и, не скачивая шлак, начинают продувку кислородом фурмой и трубками для обезуглероживания металла. Продувку начинают под током и ведут непрерывно при подаче кислорода не менее 30 м³ в час на 1 т. Заканчивают продувку кислородом, когда содержание углерода опустится на 0,02 - 0,05% ниже верхнего предела (в зависимости от состава стали).

К этому времени температура металла может превысить 1900 – 1930^oС, что опасно для футеровки пода. Для охлаждения ванны сразу же после продувки и отбора пробы в печь присаживают отходы стали данной марки и приступают к раскислению кусковым 45%-ным ферросилицием, частично силикохромом или силикомарганцем. После проведения раскисления присаживают феррохром. Количество присаживаемого феррохрома определяется с учетом содержания хрома в пробе после расплавления и угара за время продувки, который колеблется в пределах 10 - 15%.

Феррохром расплавляют форсированно, при частом перемешивании металла. Во время расплавления феррохрома приступают к раскислению и разжижению шлака.

Обрабатывая шлак дроблеными и молотыми сплавами кремния (богатый ферросилиций, силикокальций, силикохром), восстанавливают часть окислов хрома из шлака. Из сплавов кремния наиболее эффективным является силикохром (50% 81; 0,03% С; 37% Сr; 13% Fе), он дешевле безуглеродистого феррохрома, содержит меньше углерода, при восстановлении окислов хрома кремнием силикохрома ванна обогащается хромом.

При общем расходе кремния около 1,5% от массы завалки примерно 20% усваивается металлом, 40 - 50% окисляется кислородом атмосферы или окислами железа, 3% идет на восстановление окислов марганца и 30 - 40% - на восстановление окислов хрома.

Одновременно с раскислением увеличивают основность шлака путем присадки извести (около 2%). Повышение основности преследует цель облегчить восстановление хрома из окислов шлака. По данным завода «Электросталь», общий угар хрома на плавках стали Х18Н10Т, проведенных с известью в шлаковой смеси, составил 10%, без извести - 15,4%.

После раскисления шлака его скачивают, чтобы предотвратить восстановление кремния из кремнезема шлака. Наводят новый шлак из извести и плавикового шпата и обрабатывают его порошками ферросилиция, силикокальция или кокса. Затем вводят ферротитан.

Куски ферротитана топят железными штангами и заводят шлак из извести и шпата (4 : 1) в количестве около 1 % от массы металла. Перспективна присадка 70%-ного ферротитана и металлического титана в ковш. Некоторые марки стали легируют ферробором, который присаживают на струю во время выпуска стали из печи.

Рекомендуемая температура металла в ковше для стали Х18Н10Т 1560° С.

Расход кислорода на тонну слитков составляет 20—30 м³, расход электроэнергии - около 500 - 420 кВт-ч (снижение примерно на 20%), общее извлечение хрома из отходов и феррохрома - около 88%.

Применение кислорода при выплавке нержавеющих хромоникелевых сталей способствовало повышению производительности печи примерно на 25%. Резко снизился брак металла из-за непопадания в анализ и по газовой пористости. Появилась возможность выплавлять нержавеющие стали с очень низким содержанием углерода, а также использовать более дешевый углеродистый феррохром и силикохром.

Несовершенство описанной технологии заключается в большой потере хрома со скачиваемым шлаком. Остаточное содержание хрома в этом шлаке доходит до 20% при кратности шлака 0,14.

Существует способ получения стали путем смешения металла, выплавленного в двух печах.

Этот комбинированный способ позволяет использовать как загрязненный фосфором углеродистый скрап, так и легированные отходы. В одной печи выплавляют сталь на углеродистой шихте с полным окислительным периодом, добиваясь содержания фосфора менее 0,01 % и углерода ниже заданного для данной марки стали. В этой печи, если необходимо, сталь легируют никелем, а в восстановительный период и хромом.

В другой печи проводят плавку на отходах без окисления. Шихту рассчитывают таким образом, чтобы после смешения состав стали соответствовал заданному. После окончания плавок сталь выпускают поочередно в один ковш. Восстановительный период в каждой печи проводится, как при обычных плавках.