книги из ГПНТБ / Каблуковский А.Ф. Перспективы развития электрометаллургии

печи. Для удержания блоков при транспортировке внизу съем­ ного кожуха приваривают специальные упоры из листового или уголкового железа.

При очередном горячем ремонте снимают верхнюю часть кожуха с обгоревшей футеровкой и после ремонта откосов уста­ навливают заранее зафутерованный запасной кожух.

Длительность горячего ремонта дуговой печи емкостью 15— 40 т при изготовлении футеровки стен в разъемном запасном каркасе не превышает 3,5 часа.

Рис. 20. Отделение верхней части кожуха с футеровкой стен от нижней

Применение быстроразъемного кожуха позволяет наряду с

горячими ремонтами резко сократить затрату времени и на ка­ питальные ремонты. Снятие старого и установка нового кожуха печи с футеровкой не всегда возможна из-за малой грузоподъ­ емности мостовых кранов и недостаточной прочности подкра­ новых балок. Имея запасной разъемный кожух можно забла­ говременно выложить футеровку нижней и верхней части печи и в момент капитального ремонта заменить старый кожух но­

вым.

При стандартных размерах дуговых печей достаточно одного запасного разъемного кожуха для проведения капитальных ре­ монтов всех агрегатов. В этом случае длительность капитально­ го ремонта можно сократить с 5—9 до 1,5—2 суток.

39

Для сокращения простоев дуговых печей на горячих ремон­ тах представляет интерес также применение двойного или теле­ скопического кожуха.

Кожух печи выполняют из двух частей — внешней (стацио­ нарной) и внутренней (переносной). Внешний кожух состоит из

цилиндрической и сферической частей. Внутренний кожух име­

ет форму цилиндра. После изготовления в нем футеровки стен его устанавливают внутрь стационарного кожуха на откосы пе­

чи. Для крепления футеровки к внутреннему кожуху привари­ вают опорные пластины и ребра жесткости из уголков. Образу­ ющийся воздушный зазор между кожухами печи выполняет роль тепловой изоляции. Применение двойного кожуха устра­ няет операции разъема и соединения кожуха печи в момент ре­ монта и тем самым дополнительно уменьшает простои агрегата. При горячем ремонте внутренний кожух с изношенной футеров­ кой стен извлекают мостовым краном из печи и вместо него по­ сле ремонта кирпичной кладки откосов устанавливают заранее зафутерованный кожух. Дополнительные расходы по изготов­ лению внутренних кожухов печей большой емкости окупаются сокращением длительности простоев и повышением производи­ тельности.

Футеровка стен блоками или армированным кирпичом позво­ ляет облегчить конструкцию внутреннего кожуха печи за счет вырезов и применения ребер жесткости.

При горячих и холодных ремонтах печей малой емкости сле­ дует применять запасные кожухи с заранее изготовленной фу­ теровкой подины и стен.

Применение быстроразъемных, двойных и запасных кожухов позволит при горячих (текущих) и холодных (капитальных) ремонтах действующих дуговых печей снизить до минимума про­ стои агрегатов и значительно увеличить производительность.

3. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ ЭЛЕКТРОСТАЛИ

При выплавке электростали в дуговых печах широко при­ меняют три варианта технологического процесса: выплавка на

свежей шихте с кипением ванны, сплавление мягкого железа с ферросплавами, переплав легированных отходов с частичным

применением мягкого железа и ферросплавов.

На практике особенности выплавки отдельных марок сталей

оговаривают в частных технологических инструкциях. В про­ цессе производства на основании экспериментальных и исследо­ вательских работ принятые технологические процессы выплавки и разливки электростали постоянно уточняют и совершенству­ ют. Основными направлениями усовершенствования технологии выплавки легированной и высоколегированной стали в дуговых печах являются:

40

го концентрата с алюминиевым порошком и некоторыми други­ ми добавками. Состав смеси приведен в табл. 6.

Тщательно перемешанную алюмотермическую смесь загру­ жают в печь мульдозавалочным краном при выключенном токе.

Реакция восстановления титана протекает спокойно, но быст­ ро, в течение 1 мин. на каждую мульду смеси.

После присадки всей заготовленной смеси в печь задают из­ весть (10 кг/т), плавиковый шпат (5 кг/т) и включают ток. Че­ рез 7—10 мин. после окончания дачи смеси плавку заканчивают.

По химическому составу, механическим свойствам и интеркри-

•сталлитной коррозии все плавки, выплавленные новым способом,

полностью соответствуют требованиям ГОСТ на кислотоупор­ ную сталь 1Х18Н9 трубной заготовки. Экономический эффект от применения ильменитового концентрата складывается из разни­ цы в стоимости ферротитана и заменяющих его материалов и из уменьшения длительности плавки и повышения производитель­ ности.

Расчет экономии от замены ферротитана алюмотермической смесью для плавки с весом годных слитков 18,5 т приведен в

табл. 7.

Применение алюмотермического процесса легирования ста­

ли 1Х18НТ титаном позволяет только в результате замены фер­ ротитана более дешевыми материалами экономить на каждой

42

Старый способ выплавки:

Итого: экономия от замены ферротитана составит 1853

тонне годных слитков около 100 руб. Извлечение титана из иль­ менитового концентрата колеблется в пределах 40—45% и бла­ годаря этому сквозное извлечение титана из исходного сырья выше, чем при легировании стали ферротитаном. Длительность

плавок, выплавленных по новой технологии, уменьшилась в

среднем на 10—12 минут.

Технология легирования различных сталей титаном с по­ мощью ильменитового концентрата окончательно еще не отра­ ботана и может быть в дальнейшем значительно усовершенство­ вана.

Использование ильменитового концентрата при выплавке титансодержащих марок стали в дуговых печах с применением кислорода позволит снизить себестоимость металла, увеличить производительность действующих агрегатов и улучшить техни­ ко-экономические показатели электроплавкй. Применение кис­ лорода при выплавке электростали в дуговых печах имеет це­ лый ряд преимуществ, а именно: сокращение длительности плавки на 15—30%, уменьшение расхода электроэнергии на

25—35%, лучшее использование легированных отходов, сниже­

ние себестоимости и т. д. Несмотря на это, некоторые заводы выплавляют большое количество легированных и высоколегиро­

ванных сталей методом переплава отходов без окисления и ис­ пользования кислорода.

По сравнению с выплавкой на свежей шихте с кипом, плавка методом переплава без окисления действительно существенно увеличивает производительность печи, повышает стойкость ее футеровки, уменьшает удельный расход электроэнергии и со­ кращает расход легирующих и других материалов на тонну слитков. Однако более детальный разбор условий электроме­ таллургического передела отходов легированной стали с кисло­

родом и без кислорода показывает преимущество применения кислорода.

43

При работе с кислородом надобность в специальном мягком железе для передела легированных отходов отпадает, так как опасаться науглероживания металла в процессе его плавления

чество металла при переплаве отходов с применением кислоро­

да по сравнению с качеством плавок без окисления значительно выше. Этому способствуют лучшая дегазация стали, благодаря более короткому процессу плавки и продувке ванны кислородом, более точное попадание в заданные пределы химического ана­ лиза; меньшие потери металла при разливке из-за выпуска не­ достаточно нагретого металла и т. д.

Например, при выплавке с применением кислорода быстро­ режущей стали Р18 (методом переплава) [17] продолжитель­ ность плавки сокращается на 25%, удельный расход электро­ энергии уменьшается на 24%.

Снижение угара вольфрама почти в 2 раза (вследствие со­ кращения продолжительности периода плавления') компенси­ рует дополнительные потери вследствие повышенного угара хро­ ма и ванадия и дает экономию на каждую тонну годных слитков, около 400 руб.

Интенсификация процесса плавления шихты и перемешива­ ние жидкой ванны в результате продувки кислородом устрани­ ли случаи непроплавления ферровольфрама и улучшили усло­ вия для попадания в узкие пределы химического анализа вы­ плавляемой стали. Возможность выплавки быстрорежущей ста­

ли с содержанием вольфрама не более 18,4% явится новым стимулом для более широкого использования кислорода и дальнейшего снижения себестоимости металла.

Осадочное (глубинное) раскисление ванны

Современное химическое машиностроение настоятельно тре­ бует от металлургической промышленности сталей и сплавов,

обладающих определенными свойствами, в том числе химиче­ ской стойкостью. Из таких материалов изготовляют теплооб­ менные и другие химические аппараты, работающие в агрессив­ ных средах (в частности, в среде серной кислоты различной кон­ центрации при повышенных температурах).

Наибольшую коррозионную стойкость в растворах серной кислоты имеют высоколегированные, хромоникелемолибденоме-

дистые стали, содержащие от 8 до 23% Сг, от 18 до 28% Ni, 3% Мо, 3% Си и до 0,12% С.

1 Потери вольфрама в сталеплавильной печи вызываются главным обра­ зом возгонкой окислов вольфрама в период плавления шихты [18].

44

Освоение выплавки указанных сталей в дуговых электропе­ чах методом сплавления железа армко с никелем, безуглеродистым феррохромом, ферромолибденом и электролитической

медью сопровождалось низким выходом годного и повышенны­ ми убытками от брака. Основным видом брака являлись ковоч­

ные трещины и рванины, возникающие на слитках при первых ударах молота с весом падающих частей 6—7 т.

Подслуживание слитков перед ковкой до температуры 950— 980° несколько уменьшало количество поверхностных рванин, но

увеличивало брак по внутренним дефектам и сколам.

Выплавка на свежей шихте с применением кислорода, руд­ ным кипом и диффузионным раскислением ванны в период ра-

финировки также не дала заметного повышения выхода годного.

Была предложена и внедрена новая технология выплавки

хромоникелемолибденомедистых сталей, основной характерной особенностью которой является применение глубинного способа раскисления жидкой стали силикокальцием и металлическим кальцием.

При выплавке сталей ЭИ530, ЭИ629, ЭИ943 шихту составля­

лительный шлак перед рафинированием скачивают полностью. После образования нового жидкоподвижного известкового шлака в печь загружают в один-два приема нагретый до 700—800° безуглеродистый феррохром марок Хр00000 или ХрОООО.

В период плавления феррохрома и по ходу рафинировки шлак раскисляют порошком силикокальция (11 —15 ка/г садки). Степень раскисленности металла в рафинировку контролируют по ковкости проб на квадрат 10—15 мм с загибом на 180°. При ковке и загибе первой пробы (после расплавления феррохрома) на гранях квадрата возникают грубые трещины и рванины. После введения в металл на железных штангах 1 кг/т садки силико­ кальция и 2 кг/т металлического кальция количество и протя­ женность трещин на поверхности кованого квадрата значитель­ но уменьшается.

Дополнительной присадкой 1 кг/т садки металлического

кальция за 25 мин. до выпуска обеспечивают получение ковано­ го квадрата с загибом без рванин и трещин. За 10 мин. до вы­ пуска на 90% скачивают шлак и присаживают ферротитан. Пе­ ред выпуском плавки в ванну вводят еще 3 кг/т металлического

45

кальция. Температура металла в ковше (по термопаре погруже­ ния) после выпуска плавки должна быть в пределах 1530— 1570°.

Описанный способ раскисления металла обеспечивает ков­ кость проб, отобранных при разливке, на квадрат с загибом без

рванин и трещин.

Металл разливают в круглые слитки сифоном. Поверхност­ ные дефекты на слитках удаляют обдиркой.

Ободранные слитки весом 500 кг нагревают в методической печи до температуры 1150° и прокатывают без подстуживания на квадратную заготовку 140 мм. Точное соблюдение техноло­ гии осадочного раскисления жидкой ванны металлическим кальцием и силикокальцием обеспечивает достаточно высокую пластичность хромоникелемолибденомедистых сталей при тем­ пературах горячей деформации и повышает сквозной выход годного металла до 55—65%.

Особенностью восстановительного периода электроплавкй

конструкционной стали, по принятой на металлургических за­ водах технологии, является последовательность раскисления и легирования металла. Сначала проводят диффузионное раскис­ ление углеродом, затем диффузионно-осадочное молотым фер­ росилицием и, наконец, осадочное раскисление алюминием. Феррохром присаживают только в раскисленный металл, при­ мерно через час от начала восстановительного периода.

Плавление феррохрома, корректировка состава металла,

процесс десульфурации и окончательное раскисление ванны уве­

личивают среднюю продолжительность рафинировки до 2,0— 2,5 час. Продолжительность восстановительного периода можно' сократить путем ускорения процессов легирования, раскисления и десульфурации металла.

На 20-т электропечах проведены плавки конструкционной

стали 45ХНМФА (0,42—0,50% С; 0,50—0,80% Мп; 0,17—0,37% S; 0,030% Р и S; и 0,8—1,10% Ст; 1,3—1,8% Ni; 0,2—0,3% Мо; 0,1—0,2% V) с сокращенной рафинировкой в результате приме­

нения осадочного раскисления [19].

Дефосфорацию и обезуглероживание проводят с помощью кислорода. По достижении требуемого содержания углерода присаживают силикомарганец в количестве 2 кг на тонну и по­

сле отбора проб и измерения температуры скачивают окисли­ тельный шлак. На оголенный металл в течение 4—5 мин. загру­

мотный бой и динас в отношении 5:1:1: 0,6) в количестве 3,5% от веса металла. Высокая температура металла перед скачива­ нием шлака (1600—1620°) способствует быстрому (в течение 10 мин.) расплавлению феррохрома и шлакообразующих. Через.

46

15 мин. после включения тока на рафинировку задают первую раскислительную смесь, состоящую из 40 кг молотого силикокальция, 60 кг извести и 18 кг кокса. Вторую смесь из извести и

силикокальция загружают через 15 мин. после первой и через

такой же промежуток — третью.

В промежутках металл хорошо размешивают и отбирают пробы. Под хорошо раскисленным шлаком металл выдержива­ ют около 40 мин. За это время корректируют состав стали. Пе­ ред выпуском плавки в металл присаживают 0,3—0,4 кг/т алю­ миния. В ковш перед сливом загружают 0,7 кг/т силикокальция.

Качество готового металла по плотности, загрязненности неметаллическими включениями, пораженности волосовинами и механическим характеристикам на продольных образцах неуступает качеству металла, выплавленного по обычной техноло­

гии без осадочного раскисления комплексными раскислителями. При сокращении длительности восстановительного периода до 60—70 мин. достигнута та же полнота раскисления и десуль­

фурации металла, что и на обычных плавках с двухчасовым пе­ риодом раскисления. Десульфурация заметно ускоряется, если металл в начале рафинировки содержит более 0,15% Si. При­ менение осадочного раскисления при выплавке сталей кон­ струкционных марок позволяет увеличить производитель­ ность электропечей на плавках с окислением на 20% и умень­ шить удельный расход электроэнергии на 17% при расходе кис­

лорода около 10 м3/т.

Применение лигатур

В последнее время для изготовления нагревательных элемен­ тов электрических печей, работающих при температурах 1200— 1300°, широко применяют хромоалюминиевые сплавы типа ОХ25Ю5; ЭИ595; ЭИ626 и др. Эти сплавы, как правило, вы­ плавляют в индукционных печах с основной футеровкой, что обеспечивает сравнительно удовлетворительное качество метал­ ла, но не может удовлетворить возросших потребностей про­ мышленности. Поэтому была разработана и внедрена в произ­ водство технология выплавки сплава ОХ25Ю5 в дуговых элек­

тропечах [20]. Первые плавки проводили на свежей шихте с руд­ ным кипом и легированием металла хромом и алюминием путем присадки низкоуглеродистого феррохрома (в начале рафини­ ровки) и первородного кускового алюминия (перед выпуском). Двойное скачивание шлака (перед введением феррохрома и пе­ ред присадкой алюминия) увеличивало продолжительность плавок.

Выплавка сплава в дуговых печах по указанной технологии не дала ожидаемых результатов и сопровождалась высоким бра­ ком по грубым трещинам и рванинам при ковке слитков на за­ готовку. Для сокращения потерь от брака, повышения выхода годного, увеличения производительности плавильных печей и-

47

снижения себестоимости разработали новую технологию плав­ ки, особенностью которой явилось применение для легирования металла хромом и алюминием специальной хромоалюминиевой лигатуры.

Сплав сопротивления ОХ25Ю5 имел следующий состав: не более 0,06% С; не более 0,60% Si; не более 0,70% Мп; 23,0— 27,0% Сг; не более 0,60% Ni; не более 0,030% S и 0,035% Р;

4,5—5,5% А1.

Применяемая для легирования хромоалюминиевая лигатура

содержит 0,03—0,04% С; 0,55—0,65% Si; 63,0—65,0% Сг; 17,0— 18,5% А1; не более 0,006% S и Р. Железную руду, известь и плавиковый шпат отбирают с минимальным содержанием крем­

незема.

Шихту составляют из чистых по сере и фосфору углеродистых отходов и трубной обрези. После расплавления содержание уг­ лерода в металле должно быть не менее 0,40%, фосфора не бо­ лее 0,018% и марганца 0,15—0,25%; содержание марганца в окислительный период не регламентируют, кипение проводят железной рудой или кислородом под небольшим количеством шлака (2,0—2,5%) с минимальной присадкой извести. Кипение

ванны заканчивают при содержании углерода не более 0,02%. Общая продолжительность окислительного периода составляет

60—80 мин. Во избежание получения в готовом сплаве высокого содержания кремния окислительный шлак удаляют полностью. После скачивания окислительного шлака жидкую сталь раскис­ ляют кусковым первородным алюминием (3 ка/т садки). На голый металл забрасывают 10—15 кг/т извести и 4—5 кг/т пла­ викового шпата. Подогретую до температуры 700—850° хромо-

алюминиевую лигатуру загружают в один или два приема.

Расчетное содержание алюминия должно быть 5,5—5,7%.

Недостающее количество хрома вводят по расчету ферро­ хромом Хр 0000 или Хр 00000. После расплавления лигатуры

ванну перемешивают 5—8 раз ошлакованными металлическими

гребками.

Температура металла по расплавлении должна быть 1550— 1590°. После этого отбирают пробы на ковкость (квадрат 10—

15 мм с загибом на 180°) и на химический анализ. Соответствие

заданному химическому составу обеспечивают точным взвеши­ ванием составляющих шихты и добавок, так как результаты экс- пресс-анализа ведущий плавку получает после ее выпуска

в ковш.

При расчетах угар алюминия и хрома не учитывают, так как

сначала угорает железо шихты (до 11%). За 5 мин. до выпуска на штанге присаживают 2 кг/т металлического титана или его отходов. В восстановительный период используют алюминие­

вый порошок (3—4 кг/т) и поддерживают жидкоподвижные светлые шлаки.

48