присаживают кусковой 45%-ный или 75%-ный ферросилиций (0,1%) и ферромарганец из расчета получения среднего заданного содержа ния марганца в металле. Затем при выплавке хромсодержащей стали в печь присаживают феррохром из расчета получения среднего задан ного содержания хрома в стали. Длительность раскисления в печи составляет 10—20 мин, после чего сталь выпускают в ковш, где ее окончательно раскисляют ферросилицием и алюминием.
Выплавка стали под одним шлаком позволяет сократить дли тельность плавки и уменьшить расход электроэнергии и раскислителей, а также упростить ведение плавки. Однако при выплавке стали, к которой предъявляются повышенные требования по свой ствам и в которой необходимо получить пониженное содержание окисных включений, особенно при низком содержании углерода
(<0,15—0,20%), или низкое содержание серы « 0 ,0 1 5 —0,020%),
а также при выплавке стали, в которую вводится значительное коли чество окисляемых легирующих элементов (Al, Ti, V, W, Сг), рас кисление проводят под восстановительным шлаком, который наво дят после скачивания окислительного шлака.
Основными задачами восстановительного периода являются: 1) раскисление металла, 2) удаление серы, 3) корректировка хими ческого состава металла, 4) регулирование температуры металла,
5)подготовка к выпуску высокоосновного жидкоподвижного шлака.
Вначале восстановительного периода содержание углерода должно быть на 0,03—0,10% меньше нижнего предела в готовой стали. При меньшем содержании углерода металл необходимо науглеродить.
Для этого на поверхность металла после скачивания окислительного шлака присаживают кокс или электродный бой и металл перемеши
вают. При |
этом усваивается примерно 60—70% углерода кокса |
и 70—80% |
углерода, вносимого электродным боем. |
Науглероживание является нежелательной операцией, так как оно увеличивает продолжительность плавки, а кроме того, нужно иметь в виду, что открытая поверхность металла быстро охлаждается и он поглощает из атмосферы водород и азот, уже не удаляемые в вос становительный период. Поэтому окислительный период должен быть проведен так, чтобы необходимость науглероживания исклю чалась.
Восстановительный период начинается наведением известкового шлака из смеси извести, плавикового шпата и шамота в соотношении 5 : 1 : 1 в количестве 2,0—3,5% от массы металла. Для быстрого проплавления шлаковой смеси первые 10— 15 мин после включения тока рекомендуется работать на средней ступени напряжения транс форматора. Остальную часть рафинировки проводят на низшей ступени напряжения, за исключением случаев присадки большого количества ферросплавов. Подводимую мощность регулируют в соот ветствии с температурой металла.
В течение длительного времени при выплавке легированных ста лей применяли «классическую» технологию, основанную на диффу зионном раскислении металла через шлак, когда раскисляющие вещества (кокс, ферросилиций, силикокальций, алюминий) в виде
231
порошков присаживали к шлаку. Углерод, кремний, кальций и алю миний в шлаке восстанавливают окислы железа, марганца и хрома, и в объеме печи образуется восстановительная атмосфера. Пониже ние содержания закиси железа в шлаке вызывает переход кислорода из металла в шлак.
Диффузионное раскисление молено проводить под белым или карбидным шлаком. Для получения белого шлака в начале восста новительного периода шлак обрабатывают порошком кокса, а затем смесыо порошков кокса и 75%-ного ферросилиция, причем количество кокса в смеси постепенно уменьшается. После 25—40 мин выдержки шлак светлеет (в нем понижается содержание окислов железа, мар ганца, хрома). При остывании такой шлак рассыпается в белый по рошок. Расход кокса на раскисление под белым шлаком составляет 1—2 кг на 1 т металла.
При увеличении расхода кокса до 2—3 кг/т количества углерода может хватить не только для восстановления окислов тяжелых металлов и компенсации окисляющего влияния атмосферы, но неко торая его часть может пойти на восстановление окиси кальция по реакции СаО + ЗС = СаС2 + СО.
Образованию карбида кальция способствуют высокие температуры и концентрация в шлаке углерода и окиси кальция, а также и восста новительная атмосфера. В герметизированной печи образуется карбидный шлак, содержащий более 2% СаС2. Такой шлак при определенных содержании взвешенного углерода и концентрации карбида кальция при охлаждении рассыпается в виде серого или темно-серого порошка.
Выдержка под карбидным шлаком сопровождается значительным науглероживанием металла, поэтому можно раскислять под карбид ным шлаком только высокоуглеродистые стали. Если выплавляют среднеуглеродистые стали, вместо карбидного шлака наводят слабо карбидный, содержащий 1,0— 1,5% СаС2, что уменьшает скорость науглероживания металла.
Карбид кальция хорошо смачивает металл, поэтому при выпуске и разливке возможно запутывание карбидного шлака в металле с образованием грубых шлаковых включений. Во избежание этого перед выпуском плавки карбидный шлак необходимо перевести в бе лый, для чего в нем надо окислить избыточный углерод и карбид кальция. За 20—30 мин до выпуска в печь присаживают шлаковую смесь с повышенным содержанием плавикового шпата и шамота и на некоторое время оставляют открытым рабочее окно. Усиленный приток воздуха окисляет углерод и карбид кальция, в результате чего шлак превращается в белый.
Диффузионный обмен между шлаком и металлом протекает с ма лой скоростью, поэтому раскисление металла через шлак требует
значительного времени, что является крупным недостатком этого способа раскисления.
Технология диффузионного раскисления предусматривает про текание реакций между раскислителями и закисью железа либо в слое шлака, либо на границе раздела металл—шлак, при котором
Металл не будет загрязняться продуктами раскисления. Это преиму щество диффузионного раскисления может быть реализовано при условии, что скорость перехода закиси железа из металла в шлак будет превосходить скорость встречной диффузии раскпслителей. В этом случае раскисление металла должно происходить без уве личения содержания в нем раскпслителей.
Одним из раскпслителей является углерод. В начале восстанови тельного периода содержание кислорода определяется содержанием углерода, но превышает равновесные значения (рис. 97). Если бы при выдержке под белым и карбидным шлаками раскисление угле родом происходило в шлаке или на границе раздела металл—шлак,
Рис. 97. Зависимость содержания кислорода в металле от содержания углерода до (а) и после (б) диффузионного раскисления
то после раскисления содержание кислорода в металле должно было бы быть меньше равновесного с углеродом. Однако многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в процессе выдержки под белыми и карбидными шлаками содержание кисло рода в металле не становится меньше равновесного с углеродом, а лишь приближается к состоянию равновесия (см\ рис. 97). При этом выдержка под белым шлаком сопровождается науглероживанием металла на 0,02—0,04%, под слабокарбидным— на 0,03—0,06%, под карбидным — до 0,1%. Это говорит о том, что при диффузион ном раскислении не только кислород переходит в шлак, но и углерод из шлака диффундирует в металл, где вступает во взаимодействие с кислородом.
Диффузионное раскисление другими раскислителями также со провождается увеличением их содержания в металле, причем со держание кислорода не уменьшается ниже равновесных с сильными раскислителями. Таким образом, роль диффузионного раскисления сводится к понижению концентрации кислорода до равновесия с угле родом, а понижение его содержания ниже равновесных даже при
раскислении порошками |
ферросилиция и алюминия происходит |
в глубине металла, т. е. |
по существу в результате глубинного рас- |
233
кислеиия, и, следовательно, продукты раскисления также образу
ются в металле.
Роль диффузионного раскисления уменьшается с увеличением емкости печи, так как вместе с этим уменьшается удельная поверх ность контакта металла со шлаком, что замедляет диффузионный обмен между ними, и поэтому уменьшается значение основного преимущества диффузионного раскисления. Из изложенного следует, что для интенсификации раскисления целесообразно, особенно в крупных печах, раскислнтели вводить непосредственно в жидкий металл. Этим способом можно за несколько минут удалить из ме талла кислорода больше, чем за 1,5—2,0 ч диффузионного раскис ления.
Однако из этого не следует, что выдержка под восстановительным шлаком бесполезна. Восстановительный шлак препятствует поступ лению кислорода из атмосферы в металл, способствует удалению включений — продуктов глубинного раскисления и, что очень важно,
способствует десульфурации |
металла. Поскольку все |
эти задачи |
в восстановительный период |
целесообразно решать |
комплексно |
и параллельно, в настоящее время для выплавки металла ответствен ного назначения наибольшее распространение получила технология, сочетающая преимущества диффузионного и глубинного раскисления.
По этой технологии после скачивания окислительного шлака на голое зеркало металла присаживают металлические раскислнтели в виде ферромарганца, ферросилиция, силнкоморганца, силпкохрома, алюминия, сплава АМС и других сплавов. Количество при садок должно быть таким, чтобы обеспечить содержание марганца на нижнем пределе в стали заданной марки и ввести 0,15—0,20% кремния и примерно 0,5—0,10% алюминия. Затем присаживают шлаковую смесь и после образования жидкого шлака его обрабаты вают раскислнтельиой смесью. Уже первые порции раскислптелыюй смеси наряду с порошком кокса содержат молотый ферросили ций; в дальнейшем количество кокса в раскислительиых смесях уменьшают.
В результате обработки такими смесями в печи образуется слабо карбидный или белый шлак, содержащий менее 0,6% FeO и 50— 60% СаО при основности 2,5—3,0 и характеризующийся высокой десульфурирующей способностью. Количество кислорода в металле благодаря глубинному раскислению резко уменьшается, что повышает скорость десульфурации. Увеличению скорости десульфурации спо собствует повышение жидкотекучести шлака при сохранении высо кой основности его, что достигается присадками плавикового шпата.
Плавиковый шпат, кроме того, может оказывать |
прямое влияние |
на десульфурацию, образуя с серой CaS и летучее |
соединение SFe. |
Таким образом, в восстановительный период электроплавки создаются исключительно благоприятные условия для удаления серы. Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом соста вляет 15—40, а при наиболее благоприятных условиях достигает 60.
Так как сера удаляется в результате ее диффузии к поверхности раздела металл—шлак, то увеличению скорости десульфурации
234
способствуют перемешивание металла и увеличение поверхности контакта металла со шлаком. Практика эксплуатации печей, обо рудованных механизмом электромагнитного перемешивания металла, показывает положительное влияние движения металла на скорость удаления серы. Но и при электромагнитном перемешивании распре деление серы между металлом и шлаком не достигает равновесия, поэтому значительное количество серы (до 50%) переходит из ме талла в шлак во время выпуска, когда вследствие эмульгирования в ковше поверхность контакта увеличивается во много раз.
Десульфурации металла во время выпуска плавки способствует глубокое раскисление металла и шлака, формирование к моменту выпуска жидкоподвижного высокоосновного шлака и слив металла вместе со шлаком мощной компактной струей. Учитывая это, шлак перед выпуском разжижают присадками плавикового шпата и рас кисляют порошком алюминия, а за 3—5 мин до выпуска в металли ческую ванну присаживают алюминий.
После раскисления в стали должно оставаться 0,02—0,05% растворенного алюминия. Такое количество растворенного алюминия необходимо для нейтрализации кислорода, поступающего из атмо сферы во время выпуска и разливки, и для регулирования величины зерна аустенита, так как присутствие в металле избыточного алю миния делает сталь мелкозернистой.
В зависимости от марки стали и необходимости получения зерна определенного размера для окончательного раскисления вводят от 0,4 до 1,2 кг алюминия на 1 т стали.
После раскисления алюминием 70—90% всех включений в стали бывает представлено глиноземом, обусловливающим при прокатке образование строчек включений, ухудшающих свойства стали, осо бенно в поперечном направлении. Поэтому иногда для окончатель ного раскисления применяют и другие раскислители: ферротитан, силикокальций и др. При раскислении силикокальцием природа включений — продуктов раскисления резко изменяется: преобла дающими становятся глобулярные включения, благодаря чему улучшаются свойства стали в поперечном направлении.
Окончательное раскисление алюминием и силикокальцием можно проводить также и в ковше, присаживая их на дно ковша перед сливом или под струю металла.
Одной из главных задач восстановительного периода является доводка металла до заданного химического состава. Поэтому в начале этого периода, сразу после образования шлакового покрова, отби рают пробу металла на определение содержания углерода, марганца, хрома и никеля. При диффузионно-осадочном раскислении марганец вводится из расчета получения нижнего предела заданного содержа ния, имея в виду, что некоторое количество марганца может восста новиться из небольшого количества шлака, сохранившегося после окислительного периода.
Феррохром вводят в печь в начале восстановительного периода. При выплавке высокохромистых марок стали феррохром перед при садкой необходимо подогреть в нагревательной печи до красного
235