2.2. Плавка литейных сталей: шихтовые материалы; плавильные печи; методы плавки. Технология плавки стали в электродуговых печах с основной футеровкой

1. Шихтовые материалы

Литейные стали представляют собой сплав на основе железа, в котором, как правило, всегда содержатся C, Si, Mn и дополнительно могут содержаться другие легирующие элементы – Cr, Ni, V, Mo, Cu, Ti и др. Соответственно при их выплавке используют различные шихтовые материалы, в которых содержатся перечисленные выше элементы. Это железо- и углеродсодержащие компоненты, кремний- и марганец-содержащие компоненты, а также компоненты, содержащие прочие легирующие компоненты.

Основными железосодержащими компонентами являются стальной лом и возврат собственного производства. Cогласно ГОСТ 2787-86 «Металлы чёрные вторичные. Общие технические условия» вторичные черные металлы подразделяются:

по содержанию углерода - на классы: стальной лом и отходы; чугунный лом и отходы;

по наличию легирующих элементов – на категории: А-углеродистые и Б-легированные;

по показателям качества – на 25 видов, в том числе стальной лом и отходы (1-15), чугунный лом и отходы (16-21) и вне класса (22-25);

по содержанию легирующих элементов – на 67 групп.

В зависимости от степени чистоты, размеров, массы и состояния углеродистый стальной лом и отходы категории А классифицируют на 15 видов (1А, 2А, …, 15А), а легированный стальной лом и отходы категории Б – на 12 видов (1Б, 2Б…9Б, 12Б, 14Б и 15Б). По содержанию легирующих элементов последние дополнительно подразделяют на 67 групп (Б1 – Б76).

В качестве углеродсодержащих компонентов применяют электродный бой или порошок, графитированный коксик, графит или кокс (Табл. 2.2.1).

Таблица 2.2.1 Углеродсодержащие компоненты шихты (науглероживатели)

Науглероживатель	Содержание углерода, %	Содержание серы, %, не более	Степень усвоения, % отн.
Электродный порошок (бой) Графитированный коксик Литейный кокс Термоантрацит Пековый кокс	90 – 99  98 80-82  90 85 - 89	0,1 0,1 0,7 0,7 0,5	90 - 95 80 - 85 50 - 70 75 - 80 60 - 75

Электродный бой и графитированный коксик более предпочтительны, так как практически не содержат золы и вредных примесей и как кусковые материалы легко шихтуются и хорошо усваиваются жидким металлом. Порошкообразные материалы (электродный порошок и графит) требуют специальных методов ввода, а кокс и термоантрацит содержат повышенное количество серы. В качестве науглероживателя как в завалке, так и при корректировке состава стали по углероду в конце плавки используют доменные чугуны (П1, П2, ПЛ1 или ПЛ2, ГОСТ 805-80). Они быстрее и полнее усваиваются расплавом, но содержат повышенное количество фосфора (до 0,1-0,3 %).

В качестве кремний содержащих компонентов шихты используют ферросилиций марок от ФС 20 до ФС90 (ГОСТ 1415-78), но чаще всего – ФС65, ФС70 и ФС75.

В качестве марганец содержащих компонентов применяют различные марки ферромарганца (ГОСТ4755-91), прежде всего наиболее дешёвые марки углеродистого ферромарганца (ФМн70 и ФМн78). Но при выплавке сталей с малым или низким содержанием углерода применяют средне- и низкоуглеродистые марки ферромарганца, а также металлический марганец марок Мн95 и Мн965 (ГОСТ6008-90).

В качестве хром содержащих компонентов применяют различные марки феррохрома (ГОСТ4757-91), прежде всего наиболее дешёвые марки углеродистого феррохрома (ФХ800 и ФХ650). Но при выплавке сталей с малым или низким содержанием углерода применяют низко- или безуглеродистые марки феррохрома (ФХ100 или ФХ001), а также металлический хром марок Х97, Х98, Х99Н2 и др. (ГОСТ 5905-04).

В качестве компонентов, содержащих другие легирующие элементы используют двойные и тройные ферросплавы: ферромолибден ФМо58, ФМо55 и ФМо50 (ГОСТ 4759-91), ферротитан марок ФТи25, ФТи35С5 или Фти70С05 (ГОСТ 4761-91), ферровольфрам марок ФВ65, ФВ70, ФВ70а или ФВ80а (ГОСТ 17293-82), феррованадий марок ВД1, ВД2 и ВД3 (ГОСТ 27139-86), феррониобий марок ФН6158 и ФН660 (ГОСТ 16773-91) и ферросиликохром марок ФСХ20 и ФСХ30 (ГОСТ 11861-91)

В качестве легирующих компонентов также используют первичные и вторичные металлы: алюминий вторичный для легирования и раскисления марок АВ86 и АВ97 (ГОСТ295-79), медь марок М1, М2, М00к и МВЧк (ГОСТ859-78), никель марок Н1, Н1, Н3 или Н4 (ГОСТ 849-70).

При выплавке азотосодержащих марок сталей (12Х25Н5ТМФЛ и 130Г14ХМФАЛ) применяют азотированный ферромарганец (ГОСТ4755-91) и металлический марганец Мн92Н6 (ГОСТ 6008-90).

В качестве раскислителей обычно применяют ферромарганец, ферросилиций и металлический алюминий. Кроме них используют также силикокальций марок СК10, СК15 и СК30 (ГОСТ 4762-85), ферротитан ФТи35С5 или ФТи70С05 (Гост 4761-91) и РЗМ (ферро-церий, иттрий или мишметалл).

В качестве окислителей используют железную руду, окалину, агломерат и окатыши, а также технический кислород с содержанием азота менее 5 % или воздух.

В качестве шлакообразующих используют обожженную известь или известняк, кварцит или кварцевый песок, плавиковый шпат, шамотный бой и др.