Восстановительный период

Задачами восстановительного периода являются:

- раскисление металла;

- удаление серы;

- легирование металла;

- корректировка химического состава металла;

- регулирование температуры металла;

- подготовка к выпуску высокоосновного жидкоподвижного шлака.

После удаления окислительного шлака проводят предварительное раскисление ферросилицием и ферромарганцем из расчета получения в металле содержания кремния и марганца в пределах заданного для готовой стали.

Кремний и марганец можно вносить также силикомарганцем. Одновременно производят науглероживание металла, если это необходимо.

В начале восстановительного периода содержание углерода в металле должно быть на 0,03 - 0,10 % меньше нижнего предела. Иногда в конце окислительного периода плавки содержание углерода в стали значительно меньше требуемого. В этом случае для повышения содержания углерода на открытую поверхность стали после удаления окислительного шлака загружают дробленый кокс или электродный бой.

После науглероживания металла и присадки в него раскислителей в печь вводят около 3 % от массы металла шлакообразующих материалов, состоящих из извести, плавикового шпата и шамота. Шамотный бой можно частично заменять динасовым боем или дробленым кварцитом.

В нашу лабораторную печь вводим около 10 % шлакообразующих материалов. Соотношение между отдельными составляющими шлакообразующей смеси примерно следующее:

- известь - 60,0 %;

- плавиковый шпат - 15,0 %;

- шамотный бой - 25,0 %.

После наведения шлака восстановительного периода берут пробу для определения содержания углерода, марганца, хрома и никеля. По результатам химического анализа рассчитываются добавки ферросплавов для доведения химического состава до заданного. Содержание углерода в стали проверяют во время восстановительного периода несколько раз, имея в виду, что металл науглероживают электроды, восстановительный шлак и легирующие добавки. Корректировать состав по углероду рациональнее всего присадками углеродистого феррохрома.

После расплавления шлакообразующих материалов и образования жидкого шлака его раскисляют добавкой молотых раскислителей - кокса, ферросилиция. Происходит восстановление закиси железа, закиси марганца и окиси хрома из шлака. В зависимости от количества присаженного кокса получают белый или карбидный шлак.

Белый шлак получается в тех случаях, когда раскисление его одним коксом производится только в начале восстановительного периода, а в последствии в состав раскислительной смеси дается уменьшенное количество кокса и увеличенное количество других раскислителей - ферросилиция, силикокальция. Белый цвет шлака характеризует низкое содержание в нем окислов тяжелых металлов - FeO, MnO, Cr₂O₃. При увеличенном количестве подаваемого в печь кокса его оказывается достаточно не только для восстановления окислов тяжелых металлов и компенсации окислительного действия воздуха, но и для восстановления некоторого количества оксида кальция

CaO + 3 C = CaC₂ + CO.

Протеканию этой реакции способствуют высокая температура шлака, высокая концентрация окиси кальция и низкая концентрация железа в шлаке, а также повышенное количество кокса в шлаке. Высокое содержание углерода в металле благоприятствует образованию карбида кальция. При плавке стали под белым шлаком степень науглероживания металла составляет 0,02 - 0,04 %, а при плавке под слабокарбидным шлаком - 0,03 - 0,06 %. Под сильнокарбидным шлаком науглероживание металла больше и доходит до 0,1 %. Это является существенным недостатком сильнокарбидных шлаков. В конце восстановительного периода карбидные шлаки переводятся в белые путем увеличения потока воздуха, который окисляет углерод, находящийся в шлаке во взвешенном состоянии, а также карбид кальция, растворенный в шлаке. В печь дополнительно добавляется шамотный бой, известь, плавиковый шпат; поток воздуха увеличивается за счет поднятой заслонки.

Легирование металла осуществляется внесением в металл различного вида ферросплавов. Угар легирующих элементов при внесении ферросплавов в металл определяется физико-химическим сродством элементов к кислороду.

Никель, молибден и кобальт обладают меньшим сродством к кислороду, чем железо, поэтому они усваиваются практически полностью при внесении их в ванну в любой период плавки, и поступающий в печь кислород не будет их окислять; в первую очередь окисляется железо.

Вольфрам, хром, ванадий и марганец имеют сродство к кислороду, сопоставимое со сродством железа к кислороду. Ферросплавы присаживают в металл в начале восстановительного периода.

Кремний, алюминий и титан имеют высокое сродство к кислороду. Для них оказываются окислительными условия восстановительного периода плавки. Поэтому их вводят в ванну в конце восстановительного периода или в ковш во время выпуска.

При легировании такими дорогостоящими ферросплавами, как ферровольфрам, феррованадий, ферромолибден, феррохром, целесообразно ориентироваться на нижний предел содержания данных элементов в готовом металле. К числу таких ферросплавов в настоящее время относятся марганецсодержащие ферросплавы.

Примерные величины усвоения легирующих элементов при внесении их сплавов в металл приведены в таблице 1.

Десульфурация стали в восстановительный период протекает параллельно понижению степени содержания кислорода в металле. Увеличение степени раскисленности стали способствует десульфурации. Процессу десульфурации благоприятствует высокая основность шлака (CaO/SiO₂ > 2) и низкое содержание закиси железа (FeO <1,0). Введение плавикового шпата увеличивает жидкоподвижность шлака, что способствует лучшей десульфурации стали. Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом составляет 15 - 40. После доведения химического состава и температуры металла до заданных значений производится выпуск металла. Во время выпуска или перед выпуском (за 3 - 5 мин) производится окончательное раскисление металла - вводится на штангах алюминий, составляющий 0,05 - 0,10 % от веса металла.

Температура металла на выпуске зависит от марки стали и колеблется от 1550 до 1630 ^оС.

Таблица 1 - Примерные величины усвоения легирующих элементов из
ферросплавов при правильной технологии легирования

Легирующий элемент	Тип сплава	Усвоение, %
Хром	Феррохром	96 - 100
Марганец	Ферромарганец	93 - 96
Марганец	Силикомарганец	95 - 98
Ванадий	Феррованадий	90 - 95
Ванадий	Силикованадий	92 - 96
Кремний	Ферросилиций ФС75	85 - 90
Кремний	Ферросилиций ФС45	90 - 95
Алюминий	Алюминий металлический	60 - 80
Титан	Ферротитан	40 - 60
Молибден	Ферромолибден
Никель	Никель металлический
Вольфрам	Ферровольфрам	94 - 97

Примечание: Приведенные данные справедливы для случая выплавки сталей с содержанием легирующего элемента 0,5 - 5,0 %.

В процессе выпуска происходит перемешивание металла и шлака, что способствует дополнительному усвоению серы. Коэффициент распределения серы в ковше достигает 40 - 60.

Шлак после выпуска покрывает металл, благодаря чему степень охлаждения стали уменьшается. Во время выпуска возможно "запутывание" некоторого количества шлака в металле. Для этого производится выдержка стали в ковше в течение 5 - 10 мин. Капли шлака, запутавшиеся в металле, всплывают на поверхность.

Выпуск металла осуществляется в условиях лабораторной печи в предварительно нагретую изложницу. После охлаждения слиток выбивается из изложницы и взвешивается.

Дата добавления: 2015-07-07