37. Плавка стали в основной мартеновской печи

Наиболее распространенной явл-ся плавка стали в мартеновских печах с основной футеровкой. Это объясняется высокими технико-экономическими показателями процесса и возможностью получения стали практически любого хим. состава на любой шихте. На 1т стали в среднем расходуется 580-590 кг жидкого чугуна и 480-485 стального лома. Из общего кол-ва стального лома около половины приходится на оборотный лом, т.е. отходы металлургических и прокатных цехов. Остальной лом поступает в результате заготовок.

Мартеновская шихта, кроме железа практически всегда содержит Si, Mn,P, Cu, S, Ni и др. компоненты. В ходе плавки Cu и Ni не окисляются и практически на 100% переходят в расплав, а остальные окисляются.

Параллельно с окислением идёт образование силикатов железа:

,

которые явл-ся составной частью первичного шлака.

При наличии извести СаО:

.

Окисление Si протекает с выделением тепла, что ускоряет процесс плавления металла.

Mn также легко окисляемый элемент:

Однако окисление в основной мартеновской печи протекает не до конца и при повышенииt-ры протекает обратная реакция восстановления из шлака углеродом и даже Fe.

.

Чем выше t-ра, тем более благоприятные условия для восстановления . Поэтому всегда в конце плавкивосстанавливается из шлака.

Одновременно с окислением ипроисходит окисление Р и практически весь Р переходит в шлак в период плавления и в начале периода кипения.

Для создания известково-железистого шлака в печь присаживают железную руду и известняк или известь.

Скачивание шлака может проводится 2 или 3 раза, чтобы сод-ие Р в готовой стали не превышало 0.01-0.015%. Данная операция сложная и трудоёмкая, поэтому высокофосфористую шихту перерабатывают в качающихся мартеновских печах, которые могут наклонятся на 30-35˚ в сторону выпускного отверстия и на 10-15˚ в сторону передней стенки.

Такие печи имеют большую продолжительность плавки, меньшую стойкость футеровки, требуют большего расхода топлива и поэтому используются достаточно редко.

Вследствие высокого сод-ия в шлаках оксидов процесс удаления S из расплава в основных мартеновских печах имеет ограниченное развитие.

При сод-ии в шихте менее 0.04% S её удаление особых трудностей не представляет. Для получения более низких концентраций S прибегают к внепечной десульфурации засчёт обработки расплава в сталеразливочном ковше синтетическим шлаком, состоящим из .

С целью защиты расплава от насыщения S используемое топливо подвергается предварительной сероочистки.

38. Кислый мартеновский процесс

Им называют процесс выплавки стали в печи, падина которой на 95% состоит из кислых материалов (), следовательно в таких печах невозможно удаление в шлак фосфора и серы. Поэтому при составлении шихты расчёт по сере и фосфору ведут так, чтобы их сод-ие в шихте было ниже, чем в выплавляемой марке стали ≈ на 0.01%. Топливо также не должны быть сернистым и сод-ие серы в нём не должно превышать 0.3-0.5%. В кислых печах используют высококачественные чугуны, содержащие не более 0.025% фосфора и серы. Поэтому привозной лом в шихте не используют, поскольку неизвестен его хим. состав. В качестве железосодержащей составляющей шихты обычно используют заготовку, выплавляемую предварительно в основной мартеновской печи, т.е. в основных печах переплавляют любой скрап и чугун, получают полупродукт, сод-щий минимальное кол-во серы ≈0.01-0.02% и фосфора (0.01-0.02%).

Выплавляемый металл называют шихтовой заготовкой или полупродуктом, выпускают в ковш и переливают в кислую печь. Такой процесс называется Дуплекс-процессом, т.е. задействованы одновременно два плавильных агрегата.

Соотношение между скрапом и чугуном зависит от требуемого сод-ия углерода в выплавляемой стали.

В кислом процессе источников для образования шлака меньше, т.к. известняк в печь не загружается. Поэтому для защиты металла от окисления и насыщения газами до завалки шихты на падину загружают конечный кислый шлак от предыдущей плавки, а также шамотный бой и кварцевый песок в общем кол-ве 2-4% от массы плавки. При работе дуплекс-процессом для активизации процесса кипения в печь вводят до 0.5% железной руды. В шлак переходит также некоторое кол-во футеровки пода. Оно зависит от кол-ва наварки пода и величины угара примесей, сод-щихся в шихте, а также от концентрации марганца в шихте.

кислотный оксид

осн. оксид

осн. оксид

Однако того кол-ва , которое образуется в результате окислениеSi недостаточно для связывания оксидов железа и марганца. Поэтому недостаток для протекания данных реакций компенсируется засчёт растворения футеровки пода.

Если в завалку вводят шамот () или песок, то кол-во футеровки, перешедшей в шлак уменьшается, таким образом кислая футеровка печи регулирует состав шлака после расплавления. В отличии от основной мартеновской печи ванна кислого мартеновского процесса насыщена кремнезёмом, что создаёт благоприятные условия для восстановления кремния из шлака и пода при повышенииt-ры.

Т.о. в кислой мартеновской печи непрерывно протекают 2 противоположных процесса:

1. Окисление Si закисью железа шлака, в результате чего сод-ие Si в металле уменьшиться.

2. Восстановление Si из шлака и пода, в результате чего сод-ие Si в металле увеличивается.

Кислая мартеновская сталь имеет более высокие показатели качества по сравнению с аналогичными марками стали, выплавленными в основной мартеновской печи. Этому способствует:

• Более высокая частота шихтовых материалов;

• Небольшое кол-во вводимых в печь шлакообразующих;

• Высокая вязкость сталеплавильных шлаков, что обеспечивает их низкую газопроницаемость;

• Более низкое сод-ие кислорода по ходу плавки.

Сод-ие азота в кислой мартеновской стали составляет 0.001 или 0.0015%. содержание 0,006-0,01%. Сод-ие водорода составляет от 2 до 4 см³/100г металла. Поэтому кислая мартеновская сталь используется для производства валов турбин гидроэлектрических станций, орудийных стволов, коленчатых валов судовых двигателей и др. изделий ответственного назначения.