В последние годы расширяется использование при выплавке стали в электропечах металлизованных окатышей. Диаметр окатышей равен 3—20 мм, их основу составляет железо с содержанием углерода от 0,2 до 2,0–2,4 %; они содержат также некоторое количество невосстановленных оксидов железа (3–12%) и пустую породу (в основном SiО2 и А12О3), количество которой должно быть не более 3–7% от массы окатышей. Важная характеристика окатышей – степень металлизации, т.е. отношение количества восстановленного (металлического) железа к его общему количеству в окатыше; обычно она составляет 0,88–0,97 (88–97%).
Отличительная особенность этого сырья — малое содержание серы, фосфора, меди, никеля, хрома и других примесей, обычно содержащихся в стальном ломе (Pb, Sn, Bi, Zn, As, Sb). Это упрощает процесс выплавки и обеспечивает получение стали высокой степени чистоты (суммарное содержание примесей в стали получается в 3-10 раз меньше, чем при выплавке из стального лома).
Если содержание металлизованных окатышей в шихте не превышает 25—30 % от ее массы, то технология электроплавки существенно не отличается от обычной. Переработка же шихты, основу которой составляют металлизованные окатыши, требует применения специфической технологии. Основы ее разработаны в последние годы, и отдельные элементы продолжают совершенствоваться. Существенными особенностями >той технологии являются: непрерывная загрузка окатышей со скоростью, пропорциональной подводимой в печь электрической мощности, причем загрузка должна начинаться после (формирования в печи ванны жидкого металла; совмещение периода плавления с окислительным (обезуглероживанием); упрощение технологии плавки в связи с малым содержанием в шихте вредных примесей – серы и фосфора. Оптимальное содержание окатышей в шихте составляет 60—70% от ее массы; при большем их содержании возрастает длительность расплавления и плавки в целом.
Ниже охарактеризована технология, применяемая на 150-т печах Оскольского электрометаллургического комбината. После заправки в печь корзиной загружают стальной лом в количестве 25—40% от массы шихты и немного извести и плавикового шпата для наведения первичного шлака. Иногда при выплавке углеродистых сталей, когда в металле по расплавлении нужно иметь повышенное количество углерода, а его содержание в окатышах невелико, для увеличения содержания углерода, являющегося восстановителем оксидов железа окатышей, добавляют кокс; его загружают на под печи или в начале плавления в проплавляемые в слое лома колодцы.
После завалки лома включают печь и примерно через 20 мин, когда в шихте проплавлены колодцы и образовалась жидкая ванна, начинают непрерывную загрузку окатышей; обычно их загружают в зону электрических дуг с помощью автоматизированной системы через отверстие в своде печи. Поступающие в ванну окатыши нагреваются и плавятся, а содержащиеся в них пустая порода и оксиды железа переходят в шлак; плавление окатышей сопровождается реагированием углерода металла с оксидами железа шлака, т.е. восстановлением железа углеродом с образованием СО, вызывающим кипение ванны. Вместе с окатышами непрерывно загружают известь для офлюсования пустой породы окатышей (SiО2 и А12О3); ее дают столько (~ 100—120 кг на 1т окатышей), чтобы получался шлак с основностью 1,7—2,1. После проплавления половины окатышей из печи сливают часть шлака.
Скорость подачи окатышей согласуют с подводимой в печь электрической мощностью так, чтобы температура ванны была не ниже 1550—1610 °С. При чрезмерном расходе окатышей температура ванны снижается, в результате чего существенно замедляется плавление окатышей. Наряду с этим процесс стараются вести так, чтобы плавление сопровождалось интенсивным кипением ванны (окислением углерода), поскольку кипение (перемешивание) ускоряет нагрев ванны и плавление окатышей. Интенсивность кипения будет мала при высокой степени металлизации окатышей (малом содержании в них оксидов железа) и низким содержанием в них углерода. Для интенсификации кипения на отдельных плавках применяют продувку ванны кислородом, загрузку окисленных окатышей, добавку науглероживателя (кокса).
После окончания плавления окатышей из печи сливают большую часть окислительного шлака и при необходимости проводят кратковременную продувку кислородом до получения заданного содержания углерода в жидком металле, а также нагревают металл до требуемой температуры. Далее металл без шлака выпускают в ковш, куда вводят раскислители и легирующие, а после них известь с плавиковым шпатом для создания в ковше шлакового покрова. Затем ковш передают на установки внепечной обработки.
Глоссарии
Кислый процесс – выплавка стали в сталеплавильных агрегатах (напр., в мартеновских печах), футерованных кислыми огнеупорными материалами и кислым шлаком (главным образом из SiO2).
Двуокись или диоксид кремния SiО2 – это наиболее устойчивое и характерное соединение кремния с кислородом. химическая формула SiO2. свободная двуокись кремния (кремневый ангидрид, кремнезем) в природных условиях встречается в виде минерала кварца, из которого состоит обычный песок, а также кристобалита и тридимита.
Динас – общепринятое название огнеупора, содержащего не менее 93% кремнезема (SiO2). Изготовляют из кварцевых пород на известковожелезистой связке (2–3%). Применяют в кладке промышленных печей. Наименование произошло от названия скалы Динас (Craig-y-Dinas) в Уэльсе (Англия), где впервые был изготовлен такой огнеупор.
Кислотность шлака – это металлургические шлаки, обладающими кислыми свойствами
Окатыш – как правило, для производства окатышей используются небогатые железом руды, различные железосодержащие отходы. Для удаления минеральных примесей исходную (сырую) руду мелко измельчают и концентрируют различными способами. Процесс изготовления окатышей часто называют окатывание руды. Шихта, то есть смесь тонко измельчённых концентратов железосодержащих минералов, флюса (добавок, регулирующих состав продукта), и упрочняющих добавок (обычно это бентонитовая глина), увлажняется и подвергается окатыванию во вращающихся чашах (грануляторах) или барабанах-окомкователях.
Зола — несгораемый остаток, образующийся из минеральных примесей топлива при полном его сгорании.
Контрольные вопросы:
1. Какие преимущества и недостатки кислых процессов?
2. С экономической точки зрения, целесообразно ли использовать металлизированных окатышей?
3. Преимущество использования металлизированных окатышей?
Блиц-тест
1.Основной недостаток кислых печей:
А) из металла не удаляются сера и фосфор
В)низкая температура
С)низкий расход электроэнергии
D) длительность плавки
Е)емкость печи
2.Какое время занимает плавление в кислой печи?
А)30-40 минут
В)40-50 минут
С)50-70 минут
D)80-100 минут
Е)более 2 часов
3.Какой элемент вводят в печь за 3-5 минут до выпуска стали?
А) ферросилиций
В) алюминий
С)ферровольфрам
D) ферромарганец
Е) титан
4. Оптимальное содержание окатышей в шихте:
А)30-40% от ее массы
В)15-25% от ее массы
С)44-55% от ее массы
D)60-70% от ее массы
Е)более 80%
5.Какой элемент подают для офлюсования пустой породы окатышей?
А) плавиковый шпат
В) кокс
С) известь
D)стальной лом
Е)кремнозем
Список литературы
Основная литература
1. Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е., Рысс М.А. Электрометаллургия стали и ферросплавов. Учебник для вузов 3-е изд.. перераб. и доп. М.: Металлургия Поволоцкий Д.Я., Гудим Ю.А. Производство нержавеющей стали. Челябинск: изд. ЮурГУ, 1998.
3. Поволоцкий Д.Я., Основы технологии производства стали. Учебное пособие вузов Челябинск: изд. ЮурГУ, 2000-189с.
4.Морозов А.М. Современное производство стали в дуговых печах 2-е изд., перераб.и доп.- Челябинск: М. 1987.-175с.
Дополнительная литература
8.Чуйко Н.М., Чуйко А.Н. Теория и технология электроплавки стали. Учебное пособие для вузов. Киев-Донецк. Высшая школа, 1983, 243с.
9. Каблуковский А.Ф., Лейкин В.Е., Юдин С.Т. Сталевар электропечи. Учебное пособие М.: ГНТИ. 1961-350с.
10. Кинцел А.Б. Руссел Фрэнкс Высокохромистые нержавеющие и жароупорные стали. М.: ГНТИ. 1945-470с.
11. Морозов А.Н. Водород и азот в стали. М.: Металлургия.-1968-270с.
