3.2. Шихтовые материалы и требования к ним

Шихтовые материалы кислородно-конвертерного процесса состоят из:

1. Металлической (чугун, скрап, раскислители и легирующие добавки);

2. Неметаллической (сыпучие твердые охладители, флюсы) частей.

Чугун, обычно применяют передельный следующего состава (ГОСТ 807-70), % мас.: 3,94,3 С; 0,51,0 Si; 0,41,7 Mn; 0,030,06 S; 0,050,15 P (за рубежом используют чугун с более широкими пределами изменения состава). Температура чугуна обычно 12501400 С.

Состав чугуна, в частности содержание кремния оказывает большое влияние на ход процесса, качество стали, стойкость футеровки, технико-экономические показатели работы, особенно при охлаждении ванны железной рудой. С повышением содержания кремния в чугуне увеличивается выделение тепла в ванне и поэтому требуется большая присадка охладителей (например, руды, извести); в результате увеличивается количество шлака и содержание кремнезема в нем, потери железа с шлаком и выбросами. Соответственно снижается выход годного и стойкость футеровки. Ухудшается дефосфорация и десульфурация металла, особенно при работе без скачивания первичного шлака. Скачивание шлака увеличивает продолжительность продувки и снижает выход годного. При низком содержании кремния в чугуне (<0,3 %) замедляется растворение извести (т.е. образование шлака), удлиняется безшлаковый период в начале плавки, что приводит к заметалливанию и прогарам фурмы, ухудшается десульфурация в связи с малым количеством шлака. Снижение содержания кремния в чугуне (в связи с особенностями доменного процесса) обычно сопровождается ростом серы в нем. Лучшие показатели кислородно-конвертерного процесса получены при содержании кремния 0,30,5 % при охлаждении процесса рудой (допускается 0,40,8). При охлаждении ванны скрапом (ломом) оптимальное и допустимое содержание кремния выше вследствие смягчения его вредного действия при разбавлении металлической ванны скрапом.

Низкое содержание марганца в чугуне вызывает замедление шлакообразования, поскольку в первичных шлаках будет содержаться мало закиси марганца, ускоряющей растворение извести. С ростом содержания марганца в чугуне несколько снижается концентрация серы в чугуне и в готовой стали, в ряде случаев улучшается шлакообразование, но при этом увеличивается угар металла и снижается выход годного. Считают, что чугун должен содержать 0,451,0 % Mn.

Содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,3 % (желательно <0,15 %, при большем необходимо промежуточное скачивание шлака, что снижает производительность конвертера). С ростом содержания фосфора увеличивается количество шлака в конвертере (обычно требуется проводить его скачивание в середине плавки), несколько снижается производительность агрегата, выход годного, стойкость футеровки. При содержании фосфора до 0,15 % можно работать без слива первичного шлака.

Поскольку десульфурация металла при плавке протекает недостаточно полно, чугун должен содержать <0,07 % S. Повышение содержания серы в чугуне приводит к увеличению его в стали, что нежелательно, т.к. она является вредной примесью (допустимое содержание серы в чугуне 0,040,05 %). Необходимо не допускать попадание сернистого (доменного) шлака в миксер и в конвертер (содержание серы в таком шлаке до 1,0 %).

Скрап (ГОСТ 2787–86 «Лом и отходы черных металлов. Шихтовые. Классификация и технические требования», ГОСТ 1639–71 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Общие требования»; ГОСТ 1993–73 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Правила сбора, первичной обработки, хранения и транспортирования») применяется в качестве охладителя процесса. Количество присаживаемого скрапа увеличивают при повышении содержания кремния и марганца в чугуне, температуры футеровки конвертера перед плавкой, а также при уменьшении содержания углерода в стали заданной марки (так как в этом случае увеличивается угар железа) и достигает обычно 2030 % от веса жидкого чугуна. Лом должен быть чистым от посторонних примесей и малогабаритным, так как большие куски могут при загрузке механически повредить футеровку конвертера. С увеличение размеров кусков лома увеличивается продолжительность их растворения в металле (крупные куски могут не успеть раствориться за время плавки). Применение легковесного лома или стружки нежелательно в связи с увеличением продолжительности завалки. Наиболее удобный лом – отходы прокатных цехов.

Сыпучие твердые охладители (окислители) – железная руда (21–22 класса ТУ 14-9-289-84), агломерат, окатыши или брикеты из руды, или концентрата, прокатная окалина (фракционный состав 1080 мм).

Их преимущества по сравнению с ломом:

а) возможность их подачи в конвертер порциями по ходу продувки, что сокращает длительность цикла плавки (примерно на 510 %);

б) уменьшение удельного расхода газообразного кислорода (на 1215 %) в связи с тем, что все перечисленные охладители содержат легко усваиваемый ванной кислород в виде окислов железа;

в) улучшение шлакообразования в связи с тем, что руда вносит в ванну окислы железа (растворитель извести) и не охлаждает так сильно ванну в начале плавки, как лом, вводимый обычно одной порцией;

г) пригар (восстановление железа из руды).

Преимущества лома по сравнению с сыпучими материалами:

а) более постоянный охлаждающий эффект и полное (100 %) усвоение, что обеспечивает достижение оптимальной температуры для заданной марки стали и способствует повышению ее качества, уменьшение потерь металла при разливке;

б) более спокойное течение процесса (без выбросов), что способствует повышению выхода годного;

в) малое количество примесей в ломе, что уменьшает общий угар элементов, расход шлакообразующих, количества шлака, потери железа со шлаком.

Выбор метода охлаждения плавки определяются местными технологическими и экономическими условиями (наличием лома, средств для его разделки, ценой лома и др.). В большинстве случаев применение лома более целесообразно, чем применение руды обычного качества. Хорошие результаты дает комбинированный метод охлаждения: в основном ломом и комбинированными присадками руды (агломерата) для регулирования температуры металла по ходу продувки.

Нельзя применять пылевидную железную руду. Куски должны быть размером от 10 до 100 мм. Руда должна содержать >62 % Fe и менее 8 % SiO₂.

Требования к сыпучим материалам: содержание железа должно быть высоким, а содержание кремнезема (менее 8 %), влаги, серы и мелких фракций – низким. Более низкое содержание кремнезема присуще окалине (менее 2,5 % SiO₂), а также агломерату, окатышам, брикетам, изготовленных из рудных концентратов. Поэтому их применение предпочтительнее. Количество сыпучих охладителей в шихте в случае плавки без использования лома зависит от состава чугуна и его температуры, обычно составляет 47 %.

В качестве флюсов (шлакообразующих) используют известь, известняк, боксит, плавиковый шпат, соду.

Известь (СаО) в значительной степени определяет ход шлакообразования, десульфурации, дефосфорации и основные показатели кислородно-конвертерной плавки (выход стали, расход материалов). Должна быть свежеобожженной (ОСТ 14-16-42-90 «Известь для сталеплавильного и ферросплавного производства», марки ИС-1, ИСД-1 и ИС-2), равномерного состава и содержать >90 % СаО, менее 3 % SiO₂ и не более 0,10 % S, размер кусков 2050 мм. Применение более мелких кусков недопустимо, т.к. они будут вынесены из конвертера отходящими дымовыми газами. Содержание влаги в извести должно быть минимальным.

Боксит и плавиковый шпат (CaF₂, ГОСТ 7618–83) присаживают для ускорения шлакообразования и обеспечения нужной вязкости (разжижения) шлака. Боксит Б–6 по ГОСТу содержит 3750 % Al₂O₃, 1020 % SiO₂ и 1225 % Fe₂O₃. Влаги много: 1020 %, поэтому его сушат. Большое количество влаги приводит к повышению в стали содержания водорода и выбросам при загрузке в конвертер боксита. Главное шлакообразующее воздействие оказывает содержащийся в боксите глинозем. Отрицательной особенностью боксита является высокое содержание в нем кремнезема, иногда превышающее 20 %, что увеличивает количество шлака и снижает стойкость футеровки конвертера. Содержание кремнезема в боксите не должно превышать 0,51,0 % от массы металлической шихты. В настоящее время вместо боксита чаще используют плавиковый шпат (8595 % CaF₂), содержащий не более 5 % SiO₂. Его присадка значительно ускоряет растворение извести и формирование подвижного основного шлака.