ispr_01_-_Syryevye_materialy_MP

1 СИРОВИННІ МАТЕРІАЛИ МАРТЕНІВСЬКОГО ВИРОБНИЦТВА

Шихтові матеріали поділяються на металеві і неметалічні. До металевої частини шихти відносяться: чавун, брухт, розкислювачі і легуючі добавки; до неметалічної – залізна і марганцева руда, окалина, агломерат, вапняк і вапно, боксит і плавиковий шпат, шамотний бій, тощо.

Чавун. Передільний чавун є основною складовою частиною шихти мартенівської плавки і застосовується в рідкому і твердому виді [2, с. 65-73]. З використанням рідкого чавуну зменшується тривалість завалки і плавлення.

Чавун, отриманий з міксера (рис. 1.1), має переваги в порів-

1 – циліндричний корпус; 2 – днище; 3 – пальник; 4 – кришка заливального вікна; 5 – привід механізму нахилу міксера; 6 – вентилятор; 7 – лебідка механізму підйому кришки заливального вікна; 8 – зубцювата рейка; 9 – хитна рейкова обойма; 10 – канатний механізм підйому кришки носка; 11 – носок; 12 – кришка носка; 13 – бандажі; 14 – обойма з роликами; 15 – дугоподібні опори.

Рисунок 1.1 — Стаціонарний міксер ємністю 2500 т

нянні з чавуном, отриманим безпосередньо з доменної печі, до яких можна віднести: однорідний хімічний склад та знижений вміст сірки за рахунок з'єднання її з марганцем і переходу MnS у шлак; крім того, використання міксерів дозволяє завжди мати запас рідкого чавуну і заливання його в мартенівські печі не пов'язане з випусками чавуну з доменних печей. Для зменшення капітальних витрат починають застосовувати замість міксеру великовантажні ковші-чавуновози міксерного типу.

Чавун, у залежності від призначення, випускається двох видів (ДСТ 805-57): передільний коксовий і передільний коксовий високоякісний (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 — Чавун передільний коксовий

Марка чавуну	Вміст елементів, %
	Si	Mn		P					S
		Група чавуну		Клас чавуну					Категорія чавуну
		I	II	А	Б	В	Г	Д	I	II	III
				не більш					не більш
ПВК1	1,26-1,75	До 1,00	1,01-1,75	0,02	0,025	0,03	0,045	0,06	0,015	0,02	0,025
ПВК2	0,76-1,25			0,02	0,025	0,03	0,045	0,06	0,015	0,02	0,025
ПКВ3	До 0,75			0,02	0,025	0,03	0,045	0,06	0,015	0,02	0,025
М1	0,76-1,25			0,15	0,20	0,30	-	-	0,03	0,05	0,07
М2	До 0,75			0,15	0,20	0,30	-	-	0,03	0,05	0,07

При виплавці відповідальних сортів сталі вмістом не більш 0,025-0,03% S і до 0,020-0,025% P варто застосовувати чавун чистий по шкідливим домішкам, виплавлений спеціально, або відібраний з загальної

виплавки вмістом не вище 0,03-0,04% S. Ще більш чистим повинен бути чавун, який застосовується для виплавки в кислій мартенівській печі високоякісних сталей, у яких вміст сірки не повинен перевищувати 0,025-0,035% і фосфору 0,027-0,028%. У спеціальному чавуні в цих випадках повинно утримуватися не більш 0,020-0,025% P і не більш 0,015-0,025% S, у залежності від чистоти сталевого брухту.

Високий вміст кремнію в передільних чавунах вкрай небажаний. При підвищеному вмісті кремнію в чавуні в піч приходиться вводити для зв'язування кремнезему велику кількість вапняку. Малий вміст кремнію (у межах 0,2-0,3%) у передільному чавуні також небажаний, тому що при цьому збільшується тривалість плавлення шихти і витрата чавуну, особливо при скрап-процесі з завалкою твердого чавуну.

Мідь і нікель не окисляються в мартенівській печі і цілком переходять у сталь. Вміст цих елементів у чавуні і сталевому брухті повинен бути обмеженим в залежності від марки виплавлюваної сталі.

Сталевий брухт і відходи. По існуючій класифікації (ДСТ 2787-54) шихтові чорні метали (вторинні) у залежності від хімічного складу, призначення, якості і розміру шматків підрозділяються на категорії (нелеговані і леговані відходи), групи (7 груп нелегованих і 46 легованих) і класи (I, II, III - за станом постачання, чистотою, габаритністю і вагою).

У таблиці 1.2 приведена трохи скорочена характеристика по класах сталевого брухту і відходів.

Вторинні метали. До вторинних чорних металів відносяться брухт і відходи. Вони утворюються з наступних основних джерел:

а) у результаті виробництва й обробки металу (відходи поточного виробництва);

б) у результаті вибуття і списання в брухт негідних до використання машин, що утратили виробниче значення, металевих частин будинків, споруджень, устаткування і т.д.;

Таблиця 1.2 — Сталевий брухт і відходи для мартенівських печей

Показники якості
Клас I	Клас II	Клас III
1	2	3
Стан постачання Шматки і сталевий скрап неошлакованний, у стані, зручному для щільного заповнення мульд. Не допускаються труби, дріт і вироби з дроту.	Те ж, що для класу I. Брикети і пакети з листової обрізки, дріт і стружка.	Те ж, що для класу II. Сталева стружка.
Ступінь чистоти Не допускається наявність кольорових металів і шкідливих домішок; метал не проіржавілий, не роз'їдений лугами і кислотами; засміченість нешкідливими домішками не повинна перевищувати 1,5% по вазі.	Те ж, що для класу I, але засміченість не більш 2% по вазі.	Те ж, що для класу II, але засміченість не більш 3% по вазі.
Габарити Розміри шматка повинні бути не більш 1200 500 500 мм Для зливків, блюмів і заготівок допускаються підвищені розміри; товщина прокату не менш 6 мм.	Те ж, що для класу I, за винятком товщини металу, що повинна бути для прокату не менш 4 мм. Допускаються листи і смуги після виштамповки товщиною понад 4 мм. Труби з товщиною стінки від 3 мм і внутрішнім діаметром не більш 150 мм. Труби з великим діаметром повинні бути сплющені або розрізані.	Те ж, що й для класу II, за винятком товщини металу, що повинна бути не менш 2 мм. Смуга і дріт у мотках, дріт у виробах. Те ж, товщиною менш 4 мм. Труби з товщиною стінки до 3 мм, довжина витка стружки не більш 100 мм; допускаються витки до 200 мм у кількості не більш 3% по вазі, а дротові вироби до 2% від партії по вазі.

Продовження таблиці 1.1

1	2	3
Довжина ободів або інших вигнутих шматків прокату або брухту виробів не повинна перевищувати 300 мм	Те ж, що для класу I.
Шматки не менш 1кг	Шматки менш 1кг, до 0,5кг; лопатковий брухт у шматках менш 0,5кг; пакети не менш 40кг; щільність пакета не менш 2кг/дм3 Брикети не менш 1кг при щільності не менш 4,5кг/дм3.	Шматки менш 0,5кг. Брикети і пакети, що не задовольняють вимогам II класу

в) у результаті зносу металевих предметів домашнього побуту (побутовий брухт);

д) з шлакових відвалів металургійних підприємств з вмістом близько 4—10% металу.

Відходи і їхня величина. Відходами чорних металів називаються промислові відходи, що отримуються у процесі виробництва сталевих зливків або виливків, а також при механічній обробці сталі. До відходів відноситься також брак деталей і виробів, який отримується у процесі виробництва і не піддається виправленню.

Відходи поточного виробництва досить значні: у фасонному литті вони складають 30 – 40% на тонну придатного лиття, у виробництві поковок до 42%, у прокатному виробництві – 20 – 25%, у сталеплавильному виробництві – до 10 – 15%.

Підготовка сталевого брухту. Весь негабаритний брухт обробляють під копром, автогенним різанням, різанням ножицями, за допомогою вибухових речовин і пакетуванням легковагої шихти.

Під копрами обробляється великоваговий металевий брухт, великі зливки, сталеві «козли», великі частини машин, великі прокатні валки, великі виливки, поковки і т.п.

Ножицями обробляють тонколистову сталь, труби малого діаметра, дрібну сортову сталь. Більш великоваговий брухт — рейки, бандажі, балки — обробляють прес-ножицями. Легковагові обрізки, стружку, листову сталь пакетують у пакети в пакетпресах. Найбільш часто для оброблення брухту застосовується вогневе різання.

Деякі правила і технічні умови приймання брухту. Сталевий брухт підприємству повинен здаватися в стані, безпечному для перевезення, переробки, переплаву, що повинно підтверджуватися посвідченням відповідно до правил по попередженню вибухів при переробці брухту. Не допускається постачання споживачеві габаритного металу, змішаного з негабаритним.

Леговані металеві відходи не повинні містити елементів, що не відносяться до даної групи металу, а також нелегованого металу. Нелеговані металеві відходи не повинні містити відходів легованої сталі, чавуну, кольорових металів і сплавів.

Розкислювачі і додаткові матеріали. Для розкислення і легування сталі застосовуються спеціальні феросплави, виплавлювані в електричних і доменних печах, а також металотермічним способом. Феросплав являє собою сплав заліза з одним або декількома легуючими елементами.

Дзеркальний чавун (ДСТ 5164—49) застосовується для розкислення киплячої сталі, для навуглецювання, а також нагрівання металу наприкінці плавки. У дзеркальному чавуні утримується від 10 до 25% Мn; 2% Si; не більш 0,22% Р; не більш 0,03% S і до 6% С. Дзеркальний чавун у залежності від вмісту марганцю випускають трьох марок: ЗЧ3 — 10,0—15,0% Mn; ЗЧ2 — 15,0—20,0 % Mn і ЗЧ1 — 20,0—25,0% Mn.

Феромарганець — сплав, який застосовується для розкислення і легування сталі, що складається з марганцю і заліза та виплавляється у доменних (ДСТ 5165—49) і електричних печах (ДСТ 4755—49). Хімічний склад феромарганцю приведений у таблиці 1.3.

Таблиця 1.3 — Хімічний склад феромарганцю (%) за

ДСТ 4755 – 49

Група феромарганцю	Марка	Мn не менше	С	Si	Р	S
			не більше
Маловуглецевий Середньовуглецевий Вуглецевий	Мн0 Мн1 Мн2 Мн3 Мн4	80,0 80,0 80,0 78,0 76,0	0,5 1,0 1,5 7,0 7,0	2,0 2,0 2,5 2,0 2,0	0,30 0,30 0,30 0,33 0,38	0,03 0,03 0,03 0,03 0,03

Феромарганець марок Мн0, Мн1, Мн2 застосовується при виплавці марганцевистих сталей з низьким вмістом вуглецю. Для розкислення середньовуглецевої та високовуглецевої сталі застосовується феромарганець марок Мн3 і Мн4.

Феросиліцій. Для попереднього розкислення сталі в печі звичайно застосовується доменний ферросіліцій з вмістом від 9,0 до 15,0% кремнію.

Для остаточного розкислення і легування сталі на жолобі і в ковші застосовується ферросіліцій, виплавлений в електропечах (табл. 1.4).

Силікомарганець застосовується в тих випадках, коли в сталь для кращого розкислення необхідно вводити одночасно кремній і марганець.

Хімічний склад силікомарганцю приведений у таблиці 1.5.

Силікокальцій – сплав кремнію, кальцію й алюмінію – застосовується для розкислення якісної сталі і має слідуючий хімічний склад (ДСТ 4762 – 49): не менш 23 – 31% Са; не менш 85 – 90% Са+Si; не більш 1,5 – 3,0% Аl; не більш 0,04% S і до 0,5% Р.

Таблиця 1.4 — Хімічний склад феросиліцію за ДСТ 1415 – 49

Марка	Si	Mn	Cr	Р	S
		не більше
Си90 Си75 Си45	87-95 72-78 43-50	0,5 0,7 0,8	0,2 0,5 0,5	0,04 0,05 0,05	0,04 0,04 0,04

Таблиця 1.5 — Хімічний склад силікомарганцю за ДСТ 4756 – 49

Марка	Si	Mn	С	Р
		не менше	не більше
СиМн 20 СиМн 17 СиМн 14	20,0 17,0-19,0 14,0-16,9	65,0 65,0 60,0	1,0 1,75 2,5	0,1 0,1 0,2

Алюміній. Як розкислювач сталі, алюміній звичайно дається в ківш або на жолоб, щоб не допустити великих втрат його в шлаку. Алюміній одержують трьох марок з вмістом від 87,0 до 96,5% Al.

Сплав АМС – сильний комплексний розкислювач, застосовується при виплавці високоякісних сталей, складається з 5 – 15% А1; 10 – 50% Мn і 10 – 25% Si. Сплав АМС готують сплавленням в електропечах шихти, складеної зі сталевого брухту, феромарганцю і феросиліцію з наступним введенням алюмінію в ківш.

Ферохром – сплав заліза з хромом, виплавляється в електропечах і є найбільш розповсюдженою легуючою присадкою при виплавці легованих і спеціальних сталей.

Марки хрому і їхній хімічний склад приведені в таблиці 1.6.

Таблиця 1.6 — Хімічний склад ферохрому (%) за ДСТ 4757 – 49

Група ферохрому	Марка	Cr не менше	С	Р	Si, класи			S
					Низько-кремніс-тий	Середньо-кремніс-тий	Крем-ністий
			не більше
Безвугле-цевий	Хр0000 Хр000 Хр00	65,0 65,0 60,0	0,06 0,07-0,10 0,11-0,15	0,6	1,0	1,5	-	0,04
Маловугле-цевий	Хр0 Хр01	60,0 60,0	0,16-0,25 0,26-0,50	0,06	1,5	2,0	3,0	0,04
Средньо-вуглецевий	Хр1 Хр2 Хр3	60,0 60,0 60,0	0,51-1,0 1,1-2,0 2,1-4,0	0,10	-	2,5	3,0	0,04
Вуглецевий	Хр4 Хр6	65,0 65,0	4,1-6,5 6,6-8,0	0,07	2,0	3,0	5,0	0,04

Хімічний склад і позначення ферохрому спеціального призначення приведені в таблиці 1.7.

Таблиця 1.7 — Хімічний склад ферохрому (%) за ДСТ 4757 – 49

Група ферохрому	Марка	Cr	C	Si	Al	P	S	N
		не менше			не більше			не менше
Безвугле-цевий	Хрб1 Хрб2	70,0	0,04	0,8 1,0	0,6 0,7	0,02 0,03	0,03	-
Азотований	Хрн1	70,0	0,05	1,0	0,7	0,03	0,03	0,90

Феромолібден виплавляється в електропечах і застосовується для легування сталі молібденом. Звичайно застосовують три марки феромолібдену (Мо1, Мо2, Мо3) з вмістом не менш 55% Мо; до 1,0 – 2,0% Si; сірки, фосфору і вуглецю не більш 0,1 – 0,2% кожного. У феромолібдені допускаються домішки міді від 0,8% у марці Мо1 і 2,5% у марці Мо3 і олова від 0,05 до 0,10% відповідно.

Феровольфрам при виплавці сталі в мартенівських печах застосовується порівняно рідко. Він виробляється в електропечах і застосовується при електроплавках швидкорізальної інструментальної сталі.

Феротитан застосовується для розкислення сталі і як легуюча добавка при виплавці нержавіючих і жароміцних сталей і сплавів, виплавлюваних, в основному, в електропечах. Феротитан застосовується трьох марок. У всіх марках повинно бути не менш 23% Тi; не більш 0,2% С; до 3,5 – 6,0% Si; до 5,0 – 8,0% Аl; до 3,0 – 4,0% Сu; сірки і фосфору не більш 0,05 – 0,10% кожного.

Нікель виходить у виді зливків, кубиків, пластин і гранул способом електролітичного або вогневого рафінування. Він підрозділяється на дві марки, що відрізняються тільки вмістом нікелю: марка Н3 - 98,6% Ni і марка Н4 – 97,8% Ni. Граничний вміст інших елементів: 0,03% С; 0,6% Сu; 0,04% S.

Ферофосфор одержують у доменних або електричних печах. Хімічний склад ферофосфору: 14 – 18% Р; до 2,2% Si; 6,0% Мn; 1,2% С.

Сірка звичайно застосовується природна (у чистому виді) при виплавці особливих марок сталі, зокрема автоматної.

Окислювачі. Матеріали, які призначені для вводу в мартенівську піч необхідної кількості кисню на окислення вуглецю та інших домі-

шок, які мають споріднення до кисню вище, ніж залізо.

Залізна руда являє собою природну сполуку заліза з киснем. У ній завжди утримується деяка кількість порожньої породи, що складається головним чином із кремнезему, глинозему, окислів кальцію, магнію, сполук марганцю, фосфору, сірки й ін.

Залізна руда, що застосовується при виробництві стали, повинна бути в шматках розміром від 20 до 150 мм. Кількість дріб'язку розміром до 5 – 10 мм повинна бути не більш 10%. Застосування пилуватої руди не допускається. Руду, яку застосовують для доведення, необхідно добре просушувати.

У залізній руді повинно міститись на менш 55% Fe, а в руді першого сорту до 62% Fe і більш, не вище 8,0% SіО₂, як менше сірки і фосфору.

Окалина й агломерат. Замість залізної руди, як окислювачі, застосовуються іноді окалина і спеціальний агломерат.

Окалина являє собою сполуку заліза з киснем (типу Fe₃O₄). До складу окалини входять 67 – 70% Fe; 2,5 – 3,0% SiО₂; 0,7 – 1,0% МnО. Окалина, поряд із прискоренням вигоряння вуглецю у ванні, поліпшує процеси шлакоутворення, розріджує шлак, сприяє розчиненню шматків вапняку, що плавають на поверхні ванни.

Спеціальний агломерат, що застосовується як окислювач, одержують спіканням дрібної залізної руди з чавунною стружкою. Застосовують його у виді шматків розміром 25 – 30 мм. Зразковий хімічний склад агломерату: 60% Fe; 5% SiО₂; 0,04% S; 0,2% Р.

Марганцева руда являє собою сполуку марганцю з киснем з великим або меншим вмістом різних домішок. Вона застосовується в мартенівському виробництві у випадках, коли необхідно підвищити вміст

марганцю в шихті і прискорити видалення сірки.

Флюси. Для одержання шлаку необхідного складу і властивостей при виробництві сталі в основній мартенівській печі застосовуються вапняк, свіжообпалене вапно, боксит, плавиковий шпат, шамотний бій і пісок, а в печі з кислою футеровкою – кварцовий пісок, дінасовий або шамотний бій та вапно.

Вапняк являє собою вуглекислий кальцій із вмістом деякої кількості різних домішок. Основна вимога до нього, це чистота за вмістом сірки і фосфору і мінімальний вміст кремнезему. У вапняку повинно утримуватися близько 50% СаО; не більш 3,0 – 5,0% MgО і не більш 3% SiО₂. Розмір шматків вапняку повинен бути 50 – 100 мм. Істотний недолік вапняку полягає в тім, що на розкладення вуглекислого кальцію витрачається значна кількість тепла.

Вапно для наведення шлаку рекомендується застосовувати свіжообпаленим, у шматках розміром 40 – 60 мм. Застосування цілком обпаленого вапна не рекомендується, тому що воно на повітрі «гаситься», тобто поглинає вологу і перетворюється в «пушонку». У металургійному вапні (недопалі) повинно міститись 75 – 85% СаО; не більш 4,5% SiО₂; не більш 5,0 – 7% MgО і не більш 0,20% S. Чим менше вміст кремнезему і сірки, тим краще якість вапна.

У звязку з тим, що вапно гігроскопічне, зберігати його необхідно в сухих і закритих приміщеннях. Істотною перевагою застосування вапна в порівнянні з вапняком є швидкість наведення шлаку без помітного охолодження ванни.

Плавиковий шпат являє собою з'єднання кальцію з фтором, та деякою кількістю домішок. Застосовується плавиковий шпат для розрідження основних шлаків без зниження їх основності. Такий спосіб розрідження шлаку сприяє кращому видаленню зі сталі сірки та фосфору. У плавиковому шпаті повинно міститися можливо менше домішок інших елементів, особливо сірки та кремнезему.