Шихтовые материалы для электроплавки стали. Металлическая часть шихты электроплавки стали
Основу шихты для электропечей составляет металлический лом: на 1 т выплавляемой в электропечах стали расходуется ~950 кг лома. Примерно треть этого количества составляют брак, литейные отходы, обрезь слитков, отходы при прокатке и ковке, а также стружка от обдирки слитков, т.е. собственные отходы металлургических заводов. Остальная часть складывается из отходов, возвращаемых заводами-потребителями, и лома, собранного отделениями предприятиями сборщиками лома, в том числе, и предприятиями Вторчермета.
Кроме того, в ограниченных количествах используется специально выплавляемая шихтовая заготовка — мягкое железо, а также передельный чугун и губчатое железо в виде металлизованных окатышей.
Металлический лом делится на две группы:
- нелегированные – группа А,
- легированные – группа Б отходы.
Нелегированный (углеродистый) лом не должен быть загрязнен цветными металлами (свинцом, цинком, оловом и др.), особенно никелем, медью и мышьяком, которые практически полностью переходят из шихты в металл и могут существенно влиять на его свойства. Нежелательно также, чтобы в углеродистых отходах содержалось >0,05% Р, так как удаление таких количеств фосфора увеличивает продолжительность окислительного периода, поэтому металлический лом должен быть отделен от лома цветных металлов и рассортирован по происхождению.
На заводах качественных сталей в электросталеплавильных цехах выплавляют сотни различных марок легированной стали. Часть из них содержит элементы, не поддающиеся окислению и трудно удаляемые при использовании обычных процессов. Отходы, содержащие такие элементы, могут быть использованы при выплавке стали определенного сортамента. Отходы легированных сталей должны быть рассортированы в группы марок, близких по составу, и храниться отдельно от других отходов. Отходы сложнолегированных сталей следует хранить помарочно.
Металлический лом должен иметь определенные габариты. Мелкий лом, как правило, более окислен, замусорен и загрязнен маслом. Значительная окисленность лома не позволяет точно оценить долю угара металла, в результате этого состав готовой стали может не соответствовать заданному. Разложение в зоне дуг ржавчины (гидрата оксида железа) и масла приводит к появлению в атмосфере печи атомарного водорода, интенсивно поглощаемого металлом.
Малая насыпная плотность мелкого лома не позволяет завалить в печь всю шихту в один прием, вследствие чего после расплавления первой порции шихты приходится производить подвалку. Это снижает производительность печи и увеличивает потери тепла.
Особые трудности представляет переплав стружки. Длинная витая стружка затрудняет загрузку; как правило, она сильно загрязнена маслом и уже на месте получения смешивается с отходами стали других марок, а часто и со стружкой цветных металлов. По этим причинам стружку следует переплавлять на заводах Вторчермета и электросталеплавильным цехам поставлять изготовленные из нее болванки с известным химическим составом. Стружка, поставляемая непосредственно в электросталеплавильные цеха, должна быть спрессована и обожжена.
Нежелательно, чтобы в шихте были чрезмерно крупные куски (бракованные слитки, недоливки и т. п.). В дуговой печи можно расплавлять крупногабаритный лом, но продолжительность плавления при этом увеличивается, длительное время приходится работать на высокой мощности, что снижает стойкость футеровки.
Для получения стали некоторых марок в составе шихты вводят предварительно выплавленную заготовку. Чаще всего эта заготовка представляет собой низкоуглеродистую сталь с ограниченным содержанием углерода, фосфора и серы, т. е. мягкое железо, полученное методом плавки на свежей шихте. Мягкое железо намного дороже углеродистого лома и его использование повышает себестоимость стали. Введение в шихту мягкого железа может быть оправдано только технологическими затруднениями при выплавке стали заданного состава.
В связи с дефицитом качественного лома для электроплавки в течение длительного времени изыскивают материалы, которые могли бы заменить лом. В частности, неоднократно предпринимались попытки заменить часть лома передельным чугуном. Однако все эти попытки были безуспешны. При переделе чугуна на сталь необходимо окислить значительное количество углерода, кремния, фосфора, а электропечи плохо приспособлены для проведения окислительных процессов.
Для плавки стали в дуговых печах все более широкое применение находит губчатое железо в виде металлизованных окатышей (90— 95 % Feобщ, 85—90 % Feмет). Преимуществами применения губчатого железа вместо скрапа и лома являются:
- однородность и надежность контроля химического состава,
- низкое содержание цветных металлов,
- возможность непрерывной автоматической загрузки в печь,
- повышение производительности печи, уменьшение уровня шума во время плавления.
Эти преимущества компенсируют недостатки использования губчатого железа — повышение расхода электроэнергии, обусловленное ростом расхода извести для нейтрализации пустой породы губчатого железа и, следовательно, увеличение количества шлака в печи.