Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

форму ванны целесообразно выбирать, исходя из минимума тепло­ вых потерь, что достигается при более глубокой ванне. Уменьшению тепловых потерь через кладку и более быстрому нагреву металла способствует также более низкая теплопроводность кислых огне­ упоров. Из-за отсутствия длительных периодов рафинирования ме­ талла от фосфора и серы это обеспечивает более высокий тепловой к. п. д. печи, значительное сокращение длительности плавки, умень­ шение расхода электроэнергии и электродов.

Меньшая продолжительность плавки и более высокая термостой­ кость кислых огнеупоров обусловливают более высокую стойкость футеровки в кислых печах: она в несколько раз выше, чем у основной печи. И так как стоимость песка и динасового кирпича намного меньше стоимости магнезитовых огнеупоров, то удельные затраты на футе­ ровку кислых печей в 2,5—3,0 раза ниже, чем основных.

Высокая термостойкость кислой футеровки допускает, кроме того, периодический характер работы с многократными разогревами и охлаждениями печи. Основные огнеупоры при таких условиях рас­ трескиваются, а пропитанные известковым шлаком слои основной футеровки при охлаждении рассыпаются в порошок.

Из сопоставления преимуществ и недостатков кислых печей следует, что кислые печи лучше основных приспособлены для плав­ ления и нагрева металла и значительно уступают им по возможностям получения качественного металла из обычной шихты. В шихту кис­ лых печей, кроме оборотного скрапа, необходимо вводить специально выплавляемую в основных печах шихтовую заготовку или лом с низ­ ким содержанием фосфора и серы. Дефицит и высокая стоимость таких шихтовых материалов ограничивают использование печей с кислой футеровкой.

Емкость кислых печей, как правило, составляет до 10 т, н их применяют в литейных цехах при плавке стали и чугуна для фа­ сонных отливок. К металлу для этих отливок обычно предъявляют менее жесткие требования по содержанию фосфора и серы: содер­ жание фосфора и серы в стали, предназначенной для литья, обычно допускается до 0,05% каждого из этих компонентов. В литейных цехах особое значение приобретают жидкотекучесть металла, воз­ можность агрегата быстро расплавлять и нагревать металл, выда­ вать металл малыми порциями, приспособленность его к периоди­ ческой работе. С этой точки зрения печи с кислой футеровкой более удобны, чем основные. '

Использование кислых печей при выплавке стали для отливок имеет и экономические преимущества, поскольку для футеровки этих печей используют менее дефицитные и более дешевые огнеупор­ ные материалы, меньше, расходуют шлакообразующих, электроэнер­ гии, электродов. Даже высокая вязкость кислых шлаков в литейном производстве приобретает положительное значение, так как при таком шлаке удобнее заполнять формы из малых ковшей.

Однако затруднения с обеспечением фасоннолитейных цехов ло­ мом с. низким содержанием фосфора и серы приводят к тому, что на некоторых заводах у части печей даже в литейных цехах футеровка

278

выполнена из Основного материала, поскольку это Дает возможность использовать оборотный скрап из основных печей в шихте для пе­ чей с кислой футеровкой.

ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВКИ

Принципиальные особенности кислого процесса предопределяют ряд отличий технологии выплавки стали в кислых дуговых печах по сравнению с плавкой в основных печах.

В кислых печах сталь обычно выплавляют методом переплава, применяя или не применяя кипения. Технология без кипения на­ ходит ограниченное применение при переплаве хромистых, хромо­ никелевых, хромокремнистых и хромомолибденовых сталей, так как отсутствие кипения позволяет полнее использовать хром из отходов. В основном же плавка в кислой печи проводится с кипением ванны, поскольку оно, как и в основном процессе, способствует рафиниро­ ванию металла от газов.

Ш и х т о в ы е м а т е р и а л ы . Ввиду того, что в процессе кислой плавки фосфор и сера не удаляются, а их содержание в стали за счет вводимых добавок даже несколько увеличивается, шихтовые материалы должны содержать фосфора и серы минимум на 0,01% меньше, чем допускается в готовой стали. Сообразно с этим собствен­ ные отходы не должны превышать 50% от массы завалки, а остальную часть должны составлять скрап и отходы основной мартеновской или электропечной углеродистой стали.

Меньшая активность закиси железа в кислых шлаках и более высокая вязкость шлаков затрудняют окисление углерода. Но так как кислые шлаки менее проницаемы и для газов (азота и водорода), то интенсивность окисления углерода в кислой печи не имеет такого большого значения, как в основной. Плавка стали в кислых печах даже при скорости выгорания углерода 0,3% С/ч позволяет получать сталь, содержащую 3—4 см3 на 100 т стали, что в 1,5—2 раза меньше, чем в стали, выплавленной в основных печах. Ввиду этого кислые плавки шихтуют на выгорание меньшего количества углерода. Ших­ товые материалы должны внести такое его количество, чтобы в период кипения окислилось 0,1—0,2% С. В случае необходимости недостаю­ щее количество углерода в завалку вносят в виде кокса, электрод­ ного боя или малофосфористого и малосернистого чугуна.

Металлический лом не должен быть ржавым, так как окислы же­ леза, растворяя S i02, способствуют разрушению кислой футеровки. При использовании сильно окисленного лома вредное действие окис­ лов железа можно нейтрализовать, добавив в шихту необходимое для их ошлакования количество кварцевого песка.

В остальном требования к шихтовым материалам и порядку за­ валки их в печь аналогичны требованиям, предъявляемым к исходным материалам при основной плавке.

П е р и о д п л а в л е н и я . Процесс плавления проводят так же, как и в основных печах. Поскольку же шихта кислых печей, как правило, более легковесна и более склонна к образованию мостов, ее необходимо сталкивать чаще, чем в основных печах. По этой же

279

причине к моменту проплавления колодцев под электродами может оказаться мало жидкого металла, он может сильно перегреться, в результате чего может начаться восстановление кремнезема подины. Видимым эффектом этого процесса служит выделение из печи белого дыма, содержащего моноокись кремния SiO. При появлении такого дыма необходимо поднять электроды и столкнуть шихту.

Для уменьшения угара железа и легирующих элементов в период плавления в печь присаживают шлак от предыдущей плавки, квар­ цевый песок или отработавшую формовочную землю и известь или известняк. К моменту полного расплавления ванна покрыта желе­

периода при проведении кислой плавки решают в основном те же задачи, что и при проведении основного процесса, за исключением дефосфорации металла.

Вследствие высокого содержания закиси железа в шлаке окисле­ ние углерода и вызванное этим кипение ванны могут начаться без дополнительных присадок окислителей, когда металла прогреется до определенной температуры. Скорость окисления углерода при этом составляет 0,2—0,3% С/ч. Для повышения интенсивности окисления углерода и кипения ванны необходимо хорошо нагреть металл или дополнительно присадить окислители. Присадку в печь железной руды и продувку ванны газообразным кислородом осу­ ществляют так же, как и в основной печи. В этом случае окисление углерода происходит со скоростью, не меньшей скорости его окисле­ ния в основных печах.

Вызвать интенсивное кипение ванны можно также присадкой извести. Известь разрушает в кислом шлаке устойчивые группи­ ровки железа с кремнекислородными комплексами, вследствие чего увеличиваются активность закиси железа и окислительная способ­ ность шлака. В этом смысле присадки извести действуют как при­ садки в шлак железной руды. Кроме того, окись кальция резко снижает температуру плавления кислых шлаков и увеличивает их жидкоподвижность, что также увеличивает их окислительную способность, так как повышение жидкотекучести шлаков облегчает подвод закиси железа к месту реакции.

Необходимо учитывать, что наличие в шлаке свободной окиси кальция вызывает интенсивное разъедание кислой футеровки и, следовательно, присадками извести для разжижения шлаков и уве­

Из-за более низкой активности МпО в кислом шлаке при кислом процессе более полно, чем при плавке в основной печи, окисляется марганец. Наличие в шихтовых материалах повышенного коли­ чества марганца приводит не только к его большому угару, но и со­ провождается разрушением футеровки, так как окислы марганП3 в шлаке действуют аналогично окислам железа и кальция.

280

Восстановление кремния происходит главным образом вследствие восстановления кремнезема футеровки и шлака углеродом. При этом возможны и другие реакции:

Взаимодействие углерода с кремнеземом вследствие образования газообразного продукта реакции представляет собой необратимый процесс. Реакции (82), (83) могут протекать как в прямом, так и в об­ ратном направлении. Развитие прямой или обратной реакции опре­ деляется температурой ванны, химическим составом металла и шлака, консистенцией шлака.

Реакции (81)—(83) эндотермичны, и поэтому повышение темпера­ туры металла способствует восстановлению кремния. Реакция (81) протекает при достаточно высокой температуре и при недостатке в зоне реакции закиси железа. В хорошо прогретом металле по этой реакции углерод восстанавливает кремнезем футеровки, а образую­ щийся кремний окисляется на границе раздела металл—шлак за­ кисью железа или закисью марганца по реакциям (82) или (83).

Если же концентрация окислов железа и марганца в шлаке не­ велика или вследствие большой вязкости шлака затруднена их диф­ фузия к границе раздела металл—шлак, в металле может происхо­ дить накопление восстановленного кремния.

Таким образом, регулируя температуру ванны, содержание закиси железа в шлаке и его консистенцию в окислительный период кислой плавки можно регулировать не только интенсивность выго­ рания углерода и окисление или восстановление марганца, но также и ход реакций окисления и восстановления кремния.

Следует иметь в виду, что при интенсификации окислитель­ ных процессов присадками железной руды или вдуванием газооб­ разного кислорода нежелательно получать сильножелезистые шлаки, так как они способны растворять кислую футеровку. Во избежание этого руду надо давать мелкими порциями и только после израсхо­ дования предыдущей порции, а продувку кислородом вести менее интенсивно, чем в основных печах. Для этой же цели в окислитель­ ный период целесообразно присаживать небольшие порции песка, поддерживая тем самым состояние насыщения шлака кремнеземом.

К концу окислительного периода, определяемому по содержанию углерода, шлак содержит 55—60% S i0 2, причем почти половина шлака бывает образована из материала футеровки.

В о с с т а н о в и т е л ь н ы й п е р и о д . Из-за отсутствия условий для удаления серы и в связи с ограниченными возможностями легирования восстановительный период в кислой печи либо вообще отсутствует, либо проводится по упрощенной технологии.

При выплавке углеродистой стали назначение восстановительного периода сводится к раскислению металла. Если плавка выпускается из печи целиком, то можно проводить так называемый кремневос­

281