Скрап-рудный мартеновский процесс с использованием твердых окислителей

При использовании для окисления примесей металлической ванны твердых окислителей скрап-рудный мартеновский процесс включает следующие периоды плавки: заправка, завалка твердой шихты, прогрев шихты, слив жидкого чугуна, плавление, доводка плавки (рудное и чистое кипение), предварительное раскисление и легирование (эти операции могут выполняться в ковше во время выпуска плавки), выпуск.

Заправкой называют ремонт футеровки мартеновской печи, который выполняется перед началом каждой плавки путем нанесения на поврежденные участки футеровки обожженного порошкообразного доломита.

Заправку стремятся проводить в максимально короткое время (10 – 15 мин.), что обычно достигается совмещением этой операции с выпуском плавки.

Завалка твердой шихты. В ходе завалки в печь загружают необходимые для плавки количества известняка, железной руды и металлического лома.

В процессе завалки должны соблюдаться следующие правила. В первую очередь в печь следует загружать материалы, обладающие наименьшей теплопроводностью. Из твердых шихтовых материалов наиболее высокой теплопроводностью обладает металлический лом, наименьшей – известняк. Однако, непосредственно на подину печи известняк не загружается, чтобы избежать возможного приваривания.

С учетом этого рациональная последовательность загрузки твердых шихтовых материалов может быть следующей. Подина печи покрывается тонким слоем железной руды или легковесного металлического лома. На него загружается все необходимое для плавки количество известняка. После этого загружают оставшееся количество железной руды, легковесный, а затем и тяжеловесный металлический лом. Неметаллические материалы заваливают слоями с перерывами для их нагрева.

Применяются также более сложные способы завалки, при использовании которых твердые шихтовые материала располагаются на подине печи не равномерными слоями, а отдельными «линзами».

Прогрев шихты. Средняя температура металлического лома к концу периода прогрева должна составлять 1300 – 1400^оС.

Во время прогрева шихты обслуживающий персонал выполняет операции подсыпки ложных порогов, установки желобов для слива в печь чугуна, замены шлаковых чаш и др. Если технология плавки предусматривает частичное удаление из печи шлака первой половины периода плавления, порог среднего завалочного окна, под которым ниже уровня рабочей площадки устанавливается шлаковая чаша, не подсыпают.

Слив жидкого чугуна в печь проводят в максимально короткое время.

Плавление. В периоде плавления в ванне печи протекают следующие процессы:

• растворение металлического лома в жидком высокоуглеродистом расплаве;
• разложение известняка;
• растворение в шлаке оксидов железа и пустой породы твердых окислителей;
• окисление примесей металлической шихты кислородом твердых окислителей и газовой фазы печи с переходом оксидов в шлак, образование которого начинается во время слива чугуна.

Сведения об изменении химического состава металла и шлака в периоде плавления представлены на рисунке 16.1.

Рисунок 16.1 – Изменение химического состава металла и шлака по ходу плавления и доводки в мартеновской печи при скрап-рудном процессе: 1 – плавление; 2 – рудное кипение; 3 – чистое кипение; Р – руда; И – известь; Б – боксит

На большегрузных печах через 15 – 20 минут после заливки чугуна скачивают 50 – 60% общего количества шлака периода плавления (6 – 8% от массы металла). С точки зрения выхода годной стали спуск шлака – нежелательная операция, так как выход жидкой стали при этом снижается на 1 – 2 %. Но, несмотря на потери железа, спуск первичного шлака способствует увеличению производительности печи и качества металла, так как при этом: улучшается теплообмен между факелом и металлом; увеличивается степень дефосфорации и десульфурации металла; обеспечивается экономия известняка и извести, так как спускаемый шлак содержит в 2 раза меньше оксида кальция и в 1,5 раза больше кремнезема, чем конечный шлак.

Конец периода плавления визуально определяется по прекращению фонтанирования металла в печи, свидетельствующему об отсутствии в ванне твердых материалов. Содержание углерода в металле в конце периода плавления должно быть выше его концентрации в конце доводки на 0,3 – 0,5%.

Концом периода плавления считают такое температурное состояние ванны, когда можно производить присадки железной руды в количестве не менее 1% от массы металла, т. е. когда перегрев металла над температурой плавления составляет 50 – 70^оС. При этом в зависимости от содержания углерода по расплавлении температура металла, замеряемая термопарой погружения, равна 1520 – 1560^оС.

В конце периода плавления отбирают пробы металла и шлака для химического анализа, в зависимости от результатов которого определяют мероприятия, которые следует выполнить при доводке плавки.

Доводка плавки. В начале периода доводки металл содержит избыточные количества углерода, фосфора и серы. Температура металла на 60 – 100^оС ниже необходимой перед выпуском плавки. Поэтому в периоде доводки решаются задачи удаления избыточного количества примесей и нагрева ванны.

При окислении примесей металла присадкой твердых окислителей доводку плавки в мартеновской печи принято подразделять на периоды рудного кипения (полировки) и чистого кипения.

Если содержание серы и фосфора в металле по расплавлении не превышает заданного маркой выплавляемой стали, а основность шлака составляет не менее 2,0 – 2,5, в периоде рудного кипения решается задача удаления избыточного количества углерода по сравнению с необходимым для начала периода чистого кипения. С этой целью в ванну периодически присаживают железную руду, при этом масса разовой присадки обычно составляет около 1% от массы металла. Следующую присадку руды проводят через 15 – 20 минут после восстановления необходимого перегрева металла над температурой плавления. В этом случае период рудного кипения можно проводить без обновления шлака.

Если концентрация серы и фосфора по расплавлении выше требуемой в готовой стали, период полировки проводят с обновлением печного шлака. Для этого, когда после присадки железной руды и ее усвоения уровень металла и шлака в печи повышается, шлак через порог среднего завалочного окна частично скачивают в установленную под рабочей площадкой шлаковую чашу. После этого для наведения нового шлака в печь вместе с железной рудой присаживают известь и боксит.

Главной задачей периода чистого кипения является нагрев металла до температуры, которая обеспечивает нормальное выполнение операций выпуска и разливки плавки.

В периоде чистого кипени присадки железной руды не проводятся, и ванна кипит только за счет поступления кислорода из шлака и атмосферы печи. Продолжительность периода чистого кипения обычно составляет 30 – 40 минут. К началу этого периода содержание углерода в металле должно быть на 0,15 – 0,2% выше необходимого перед выпуском плавки.

Предварительное раскисление и легирование. Предварительное раскисление и легирование металла в печи не являются обязательными операциями при выплавке стали скрап-рудным процессом.

При выплавке углеродистой стали предварительное раскисление может выполняться для получения содержания углерода в металле в точном соответствии с требуемым перед выпуском плавки. При выплавке легированной стали предварительное раскисление позволяет понизить окисленность металла и уменьшить потери легирующих элементов в результате угара.

При предварительном раскислении в ванну вводят ферросилиций для получения остаточного содержания кремния в металле ~ 0,1%, после чего кипение ванны прекращается. Для предварительного раскисления желательно использовать бедные марки ферросилиция, которые, обладая высокой плотностью, проходят через слой шлака к металлу. Угар кремния при предварительном раскислении обычно составляет 40 – 60%.

Присадку легирующих в печь обычно начинают через 15 – 20 минут после предварительного раскисления ванны. Масса разовой присадки ферросплавов не должна превышать 1 – 1,5% от массы металла. Следующая присадка ферросплавов проводится не ранее чем через 20 минут. Это время необходимо для растворения ферросплавов, усреднения химического состава и восстановления температуры ванны.

Выпуск. По ходу выпуска в сталеразливочный ковш обычно вводят раскислители и легирующие добавки.

После выпуска металла из печи через сталевыпускное отверстие выходит печной шлак, который, если не проводятся мероприятия по отделению окислительного шлака от металла, сперва попадает в сталеразливочный ковш, а из него в установленную рядом с ковшом шлаковую чашу.