3.2. Шихтові матеріали процесу і вимоги до них

Шихтові матеріали киснево-конвертерного процесу складаються з:

1) металевої частини (чавун, брухт, розкислювачі і легуючі добавки);

2) неметалічної (сипучі тверді охолоджувачі, флюси) частини.

Чавун, звичайно застосовують переробний наступного складу (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 Р. Температура чавуну звичайно 12501400 С.

Склад чавуну, зокрема вміст кремнію, має великий вплив на хід процесу, якість сталі, стійкість футерування, техніко-економічні показники роботи, особливо при охолоджуванні ванни залізняком. З підвищенням вмісту кремнію в чавуні збільшується виділення тепла у ванні і тому потрібна велика добавка охолоджувачів (наприклад, руди, вапна); в результаті збільшується кількість шлаку і вміст кремнезему в ньому, втрати заліза зі шлаком та викидами. Відповідно знижується вихід придатного і стійкість футерування. Погіршується дефосфорація і десульфурація металу, особливо при роботі без скачування первинного шлаку. Скачування шлаку збільшує тривалість продування і знижує вихід придатного. При низькому вмісті кремнію у чавуні (<0,3 %) сповільнюється розчинення вапна (тобто утворення шлаку), довшає безшлаковий період на початку плавки, що призводить до заметалювання та прогарів фурми, гіршає десульфурація у зв'язку з малою кількістю шлаку. Зниження вмісту кремнію у чавуні (у зв'язку з особливостями доменного процесу) звичайно супроводжується зростанням вмісту сірки в ньому. Кращі показники киснево-конвертерного процесу отримані при вмісті кремнію 0,30,5 % при охолоджуванні процесу рудою (допускається 0,40,8 %). При охолоджуванні ванни скрапом (брухтом) оптимальний і допустимий вміст кремнію вищий внаслідок пом'якшення його шкідливої дії при розбавленні металевої ванни скрапом.

Низький вміст марганцю у чавуні спричиняє сповільнення шлакоутворення, оскільки в первинних шлаках буде міститися мало закису марганцю, який прискорює розчинення вапна. Зї зростанням вмісту марганцю у чавуні дещо знижується концентрація сірки у чавуні та в готовій сталі, в ряді випадків поліпшується шлакоутворення, але при цьому збільшується чад металу і знижується вихід придатного. Вважають, що чавун повинен містити 0,451,0 % Mn.

Вміст фосфору у чавуні не повинен перевищувати 0,3 % (бажано <0,15 %, при більшому необхідне проміжне скачування шлаку, що знижує продуктивність конвертера). Зі зростанням вмісту фосфору збільшується кількість шлаку в конвертері (звичайно потрібно провести його скачування в середині плавки), дещо знижується продуктивність агрегату, вихід придатного, стійкість футерування. При вмісті фосфору до 0,15 % можна працювати без зливу первинного шлаку.

Оскільки десульфурація металу при плавці протікає недостатньо повно, чавун повинен містити не більше 0,07 % сірки. Підвищення вмісту сірки в чавуні призводить до збільшення його в сталі, що небажано, тому що вона є шкідливою домішкою (допустимий вміст сірки у чавуні 0,040,05 %). Необхідно не допускати попадання сірчистого (доменного) шлаку у міксер та в конвертер (вміст сірки у такому шлаку до 1,0 %).

Скрап (ГОСТ 2787–86 «Лом и отходы черных металлов. Шихта. Классификация и технические условия», 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 транспортировки») застосовується як охолоджувач процесу. Кількість скрапу, що додається, збільшують при підвищенні вмісту кремнію і марганцю у чавуні, температури футерування конвертеру перед плавкою, а також при зменшенні вмісту вуглецю у сталі заданої марки (оскільки в цьому випадку збільшується чад залізу) і досягає звичайно 2030 % від ваги рідкого чавуну. Брухт повинен бути чистим від сторонніх домішок та малогабаритним, оскільки великі шматки можуть при завантаженні механічно пошкодити футерування конвертера. Зі збільшенням розмірів шматків брухту збільшується тривалість їх розчинення у металі (великі шматки можуть не встигнути розчинитися за час плавки). Застосування легковагового брухту або стружки небажане у зв'язку із збільшенням тривалості завалки. Найбільш зручний брухт – відходи прокатних цехів.

Сипучі тверді охолоджувачі (окислювачі) – залізняк (21–22 класу ТУ 14-9-289-84), агломерат, окатиші або брикети з руди, або концентрату, прокатна окалина (фракційний склад 1080 мм).

Їх переваги в порівнянні з брухтом:

а) можливість їх подачі у конвертер порціями по ходу продування, що скорочує тривалість циклу плавки (приблизно на 510 %);

б) зменшення питомої витрати газоподібного кисню (на 1215 %) в зв'язку з тим, що всі перераховані охолоджувачі містять кисень, що легко засвоюється ванною у вигляді оксидів залізу;

в) поліпшення шлакоутворення у зв'язку з тим, що руда вносить у ванну оксиди заліза (розчинник вапна) і не охолоджує так сильно ванну на початку плавки, як брухт, що вводиться зазвичай однією порцією;

г) пригар (відновлення заліза з руди).

Переваги брухту у порівнянні зі сипучими матеріалами:

а) більш постійний охолоджуючий ефект і повне (100 %) засвоєння, що забезпечує досягнення оптимальної температури для заданої марки сталі і сприяє підвищенню її якості, зменшення втрат металу при розливі;

б) більш спокійне протікання процесу (без викидів), що сприяє підвищенню виходу придатного;

в) мала кількість домішок у брухті, що зменшує загальний чад елементів, витрату шлакоутворюючих, кількості шлаку, втрати заліза зі шлаком.

Вибір методу охолоджування плавки визначаються місцевими технологічними та економічними умовами (наявністю брухту, коштів для його оброблення, ціною брухту та ін.). У більшості випадків застосування брухту більш доцільне, ніж застосування руди звичайної якості. Хороші результати дає комбінований метод охолоджування: в основному брухтом та комбінованими добавками руди (агломерату) для регулювання температури металу по ходу продування.

Не можна застосовувати пилоподібний залізняк. Шматки повинні бути розміром від 10 до 100 мм. Руда повинна містити >62 % Fe і менше за 8 % SiO₂.

Вимоги до сипучих матеріалів: вміст заліза повинен бути високим, а вміст кремнезему (менше за 8 %), вологи, сірки і дрібних фракцій – низьким. Більш низький вміст кремнезему мають окалина (менше за 2,5 % SiO₂), а також агломерат, окатиші, брикети, виготовлені з рудних концентратів. Тому їх застосування переважніше. Кількість сипучих охолоджувачів у шихті у разі плавки без використання брухту залежить від складу чавуна та його температури, звичайно становить 47 %.

У якості флюсів (шлакоутворюючих) використовують вапно, вапняк, боксит, плавиковий шпат, соду.

Вапно (СаО) значною мірою визначає хід шлакоутворення, десульфурації, дефосфорації та основні показники киснево-конвертерної плавки (вихід сталі, витрату матеріалів). Повинне бути свіжообпаленим (ОСТ 14-16-42-90 «Вапно для сталеплавильного і феросплавного виробництва», марки ІС-1, ІСД-1 і ІС-2), рівномірного складу та містити не менше 90 % СаО, не більше за 3 % SiO₂ і 0,10 % S, розмір шматків 2050 мм. Застосування більш дрібних шматків недопустиме, тому що вони будуть винесені з конвертеру димовими газами, що відходять. Вміст вологи у вапні повинен бути мінімальним.

Боксит та плавиковий шпат (CaF₂, ГОСТ 7618–83) подають для прискорення шлакоутворення і забезпечення потрібної в'язкості (розрідження) шлаку. Боксит Б–6 за ГОСТом містить 3750 % Al₂O₃, 1020 % SiO₂ та 1225 % Fe₂O₃. Вологи багато: 1020 %, тому його сушать. Велика кількість вологи призводить до підвищення у сталі вмісту водню та викидів при завантаженні у конвертер бокситу. Головний шлакоутворюючий вплив надає глинозем, що міститься у бокситі. Негативною особливістю бокситу є високий вміст у ньому кремнезему, іноді перевищуючий 20 %, що збільшує кількість шлаку та знижує стійкість футерування конвертера. Вміст кремнезему у бокситі не повинен перевищувати 0,51,0 % від маси металевої шихти. У цей час замість бокситу частіше використовують плавиковий шпат (8595 %), що містить не більше за 5 % SiO₂. Його добавка значно прискорює розчинення вапна та формування рухливого основного шлаку.