Материал: Каблуковский А.Ф. Перспективы развития электрометаллургии

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