Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

цвета. Это увеличит производительность электропечи, уменьшит расход электроэнергии и будет способствовать повышению стойкости футеровки.

Для корректировки содержания хрома, после некоторой вы­ держки, отбирают две следующие пробы металла, что позволяет про­ верить правильность взвешивания шихты и уточнить количество необ­ ходимых присадок. Корректировку по хрому следует проводить с уче­ том содержания углерода, проверяемого в каждой пробе. В цехе, как правило, имеется феррохром разных марок — от безуглеродистого до содержащего 8% С. Использование более дешевого угле­ родистого феррохрома выгоднее, поэтому при возможности корректи­ ровку следует проводить углеродистым феррохромом. Одновременно с рассмотренной выше корректировкой подбором соответствующей марки феррохрома корректируют и содержание углерода. Корректи­ ровку содержания хрома в конце рафинировкн на стали низколеги­ рованных марок разрешается проводить не более чем на 0,2/о, на высокохромнстых — не более чем на 0,8% и не позднее чем за 10 мин до выпуска. Усвоение хрома составляет 96—98%.

Никель обладает значительно меньшим сродством к кислороду, чем железо, и поэтому в ванне практически не окисляется. Основ­ ную часть никеля, определяемую из расчета получения его па нижнем пределе заданного содержания, дают в завалку. Корректировку по содержанию никеля необходимо проводить как можно раньше, желательно в окислительный период. Вызвано это тем, что электро­ литический никель содержит водород, а гранулированный — влагу. Удалить вносимые никелем газы можно только в процессе кипения ванны, поэтому предварительную корректировку необходимо выпол­ нять в окислительный период, а окончательную — не позже чем за 10 мин до выпуска и не более чем на 0,2%. При выплавке стали по ответственным заказам и предварительную и окончательную корректировку желательно проводить только более чистым электро­ литическим никелем. Усвоение никеля при выплавке стали состав­ ляет 98—100 ?6.

Практически в ванне печей не окисляется и молибден, поэтому на плавках с окислением ферромолибден дают сообразно нижнему пределу в период кипения. На плавках стали с высоким содержанием молибдена его можно давать в завалку. Взамен ферромолибдена иногда используется порошок молибдата кальция (СаМо04), который также можно давать в завалку или присаживать в начале окисли­ тельного периода. Из молибдата кальция молибден практически полностью восстанавливается углеродом и другими элементами.

Молибден — дорогой металл, поэтому выплавлять молибден­ содержащие стали следует так, чтобы содержание молибдена было ближе к нижнему пределу.

Легирование вольфрамом также следует проводить в начале восстановительного периода, а при высоком заданном содержании W в стали его лучше давать в завалку. Вследствие тугоплавкости ферровольфрама (температура плавления более 2000° С) его раство­ рение продолжается довольно долго, поэтому окончательную кор­

255

ректировку необходимо заканчивать не позднее чем за 30 мин до выпуска при введении более 0,20% ферровольфрама и не позднее чем за 20 мин при меньших количествах.

часто и тщательно перемешивать. Усвоение вольфрама составляет около 90%.

Ванадий легко окисляется, поэтому феррованадий присаживают в восстановительный период в хорошо раскисленный металл не позд­ нее чем за 15 мин до выпуска при введении 0,5% феррованадия и не позднее чем за 30 мин при более значительных присадках.

Очень легко окисляется титан. Ферротитан присаживают в хо­ рошо нагретый и хорошо раскисленный металл за 10—15 мин до выпуска. При выплавке нержавеющей стали с титаном перед при­ садкой ферротитана шлак обновляют, раскисляют порошком алю­ миния и принимают меры для устранения подсоса в печь атмосфер­ ного воздуха. Легирование металлическим титаном или 60%-ным ферротитаном можно проводить в ковше. Усвоение титана составляет около 50%.

Длительность восстановительного периода определяется вре­ менем, необходимым для образования раскислителы-юго шлака, раскисления шлака и металла, десульфурации и легирования ме­ талла; эта длительность составляет 70—120 мин. Для увеличения производительности печей эти процессы целесообразно интенсифи­

Отдельные звенья технологии, которая позволит в будущем отказаться от проведения в печи восстановительного периода и при выплавке стали, к которой предъявляются повышенные требования, уже разработаны и опробованы в производственных масштабах.

В частности, получить низкое содержание серы в металле (0,004— 0,008%) можно при продувке металла в конце окислительного пери­ ода газом с порошками-десульфураторами. Уменьшить в несколько раз содержание серы можно также во время выпуска плавки в ковш со специальным синтетическим шлаком. Раскисление и легирование металла может быть проведено в ковше во время слива плавки с по­ следующей продувкой металла нейтральным газом или в специаль­ ных установках, например в установках порционного вакуумиро­ вания. На установках внепечного вакуумирования может быть осу­ ществлено науглероживание металла порошкообразными карбю­ ризаторами и обезуглероживание с помощью окисляющих добавок и без них, раскисление и легирование, рафинирование от газов и неметаллических включений.

Объединение этих звеньев новой технологии в единую техноло­ гическую схему позволит превратить дуговую электропечь в агрегат по расплавлению твердой шихты и получению полупродукта, обес­ печить максимальную производительность электропечей, высокие экономические показатели и создать оптимальные условия для поточ­ ного производства продукции высокого качества.

237

ПЛАВКА ПЕРЕПЛАВОМ ЛЕГИРОВАННЫХ ОТХОДОВ

В готовые металлоизделия превращается лишь около половины выплавляемой стали. Уже на металлургических заводах 25—40% выплавленной легированной стали уходит в брак, обрезь, отходы при прокате. Значительное количество отходов образуется и в метал­ лообрабатывающей промышленности. Например, в подшипниковой промышленности коэффициент выхода годного составляет 0,55, в транспортном машиностроении 0,86, в общем машиностроении 0,82. Другими словами, около половины выплавляемой легированной стали возвращается на переплав. Кроме того, на переплав направляют изношенные и устаревшие металлоизделия, изготовленные из леги­ рованного металла.

При переплаве отходов стали необходимо наиболее рационально использовать содержащиеся в них легирующие элементы. Такие элементы, как алюминий и титан, если не принять специальных мер, могут полностью окислиться и уйти в шлак еще в период плавления. Другие (хром, ванадий, вольфрам и др.) окисляются и в окислитель­ ный период. С целью максимального извлечения их из шихты плавку целесообразно вести без окисления, т. е. без присадок руды и с огра­ ничением окислительных процессов в период плавления. Такой метод ведения плавки называют переплавом легированных отходов.

При переплаве углерод и фосфор практически не окисляются, поэтому содержание фосфора в шихте не должно превышать допусти­ мых пределов в готовой стали, а содержание углерода ввиду возмож­ ного науглероживания от электродов и от шлака должно быть па 0,05—0,10% ниже, чем в готовой стали (но не менее 0,08—0,1%). Поэтому в состав шихты, кроме собственных отходов или отходов близкой по составу стали, вводят мягкое железо или низкоуглеро­ дистые отходы с низким содержанием фосфора. Экономически более целесообразно использовать менее дорогие низкоуглеродпстые отходы, а не заготовку из мягкого железа. При необходимости использования феррохрома и ферровольфрама их вводят в завалку, причем ферро­ вольфрам дают под электроды, а феррохром на откосы.

С целью раннего образования шлака для защиты металла от окис­ ляющего действия атмосферы и науглероживания электродами шлако­ образующие дают в завалку, а после начала образования колодцев их забрасывают под электроды.

Отсутствие кипения металла исключает возможность удаления газов из металлов. Поэтому при выплавке стали методом переплава качеству шихтовых материалов уделяется особое внимание — они должны быть сухими, лом не должен быть проржавленным, шлако­ образующие и легирующие добавки должны быть прокалены. Но даже при соблюдении этих мер предосторожности на плавках мето­ дом переплава в металле содержание азота увеличивается. Предо­ твратить насыщение металла азотом и даже уменьшить его содержа­ ние по сравнению с исходным можно введением в завалку вместо извести известняка в количестве 1,0—1,5% от массы шихты. Обра­ зующаяся при его диссоциации двуокись углерода выделяется в виде

238

пузырьков и дегазирует металл. Для этой же цели присаживают до 2% известняка в процессе плавления шихты.

Даже при отсутствии окислительного периода часть легирующих элементов окисляется кислородом воздуха в период плавления и дву­ окисью углерода известняка, поэтому при выплавке стали с высоким содержанием хрома, вольфрама или ванадия шлак не скачивают. При необходимости науглероживания, получения густого шлака с высоким содержанием MgO или при повышенном содержании мар­ ганца скачивание шлака, образовавшегося в период плавления при выплавке стали этих марок, можно проводить лишь после раскисле­ ния.

В остальном технологический процесс проводится как обычно. При выплавке стали методом переплава усвоение легирующих элементов из шихты ориентировочно характеризуется следующими

цифрами, %:

При этом значительно сокращается расход ферросплавов, умень­ шается количество вводимых добавок и длительность восстановитель­ ного периода. В связи с отсутствием окислительного периода произ­ водительность печи возрастает на 15—20%. Кроме того, уменьшается расход электроэнергии, электродов, огнеупоров, раскислителей, шлакообразующих, зарплата и общезаводские расходы.

С целью интенсификации плавки и дегазации металла на многих заводах при выплавке стали методом переплава используют газо­ образный кислород.

При использовании кислорода шихту подбирают таким образом, чтобы содержание фосфора было меньше допустимых пределов в стали, а содержание углерода на 0,1% и более превышало верхний предел. Для этого в шихту включают до 80% отходов выплавляемой или другой стали подходящей марки и не менее 20% углеродистых отхо­ дов, содержащих менее 0,020% фосфора. Для увеличения содержания углерода в шихту включают необходимое количество кокса или элек­ тродного боя, а для раннего шлакообразования 1,5—2,0% извести или известняка и 0,3—0,5% шамотного боя.

За 10—15 мин до полного расплавления отбирают предваритель­ ную пробу для химического анализа и начинают продувку металла кислородом. После полного расплавления и нагрева металла, что определяется по началу горения углерода, отбирают пробу и ведут продувку до получения требуемого содержания углерода. Количество окисленного углерода должно быть не менее 0,15%.

По окончании продувки снова отбирают пробу металла и начисто скачивают шлак. При высоком содержании в шихте хрома, вольфрама или ванадия перед скачиванием шлак раскисляют. Восстановитель­ ный период проводят как и при обычной плавке.

Усвоение легирующих элементов при переплаве отходов с частич­

239

Для уменьшения угара ванадия, хрома и вольфрама в шихту иногда добавляют кремнистые отходы или ферросплавы. Окисление кремния протекает с большим выделением тепла (см. табл. 14), бла­ годаря чему температура металла быстро возрастает и более дорогие хром, вольфрам и ванадий окисляются в меньшей степени.

Глава 15

ВЫПЛАВКА КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ В ДУГОВЫХ ПЕЧАХ

СВОЙСТВА И ДЕФЕКТЫ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ

Конструкционными называют стали, предназначенные для изго­ товления деталей машин и различных строительных сооружений. Поэтому к группе конструкционных следует относить пружинные, клапанные стали, стали для турбинных лопаток, подшипников и др. Однако значительное различие в составе и свойствах названных ста­ лей делает целесообразным выделение их в специальные группы; к конструкционным обычно относят лишь улучшаемые и цементи­ руемые стали.

Главной характеристикой конструкционных сталей являются их механические свойства при статической и динамической нагрузках. Иногда к ним предъявляют дополнительные требования, например стойкость против коррозии, износостойкость и др. В отдельных слу­ чаях необходимыми свойствами обладает простая углеродистая сталь, а в других случаях сталь необходимо легировать темн или иными элементами.

Конструкционные стали подразделяют в свою очередь по назна­ чению на строительные (главным образом низкоуглеродпстые) и ма­ шиностроительные (средне- и низкоуглеродистые). Нпзкоуглеродистые машиностроительные стали (углеродистые и легированные) с содержанием углерода до 0,20—0,25% используют для изготовления деталей, подвергаемых цементации. Поэтому стали этой группы при­ нято называть цементуемыми. Среднеуглеродистые (от 0,25—0,30 до 0,50—0,55%С) машиностроительные стали приобретают хорошее сочетание механических свойств после закалки и высокого отпуска. Такую термическую обработку называют улучшением, поэтому эти стали составляют группу улучшаемых сталей.

Низкое содержание углерода в строительных сталях вызвано тем, что эти стали должны хорошо свариваться. Кроме того, эти стали менее склонны к потере вязкости при понижении температуры и ста­ рении. Как правило, они содержат не более 2% легирующих элемен­ тов, и поэтому их относят к низколегированным сталям.

В электропечах выплавляют в основном легированные конструк­ ционные качественные и высококачественные стали. Принадлежность к классу качественного и высококачественного металла определяется

240