книги из ГПНТБ / Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов

у колошника печей и у горна должны быть ровными, сухими, не­ электропроводными и оборудованы деревянными и резиновыми трапами.

Короткую сеть печей ограждают так, чтобы исключить возмож­ ность прикосновения к ней. Печи оборудуют необходимой измери­ тельной и сигнализационной аппаратурой, без чего эксплуатация запрещается. Кожух печи заземляют. Дымовые трубы и газоотса­ сывающие устройства должны полностью удалять образующиеся в печи газы, которые затем обеспыливаются. Предусматриваются необходимые очистные устройства для предотвращения загрязнения промышленными выбросами окружающей среды.

Во всех случаях, когда это возможно технологически, печи должны быть закрытыми. Открытые печи экранируют для защиты персонала от излучения. Устройство обдувной вентиляции рабочих мест является обязательным. Наращивание и перепуск электродов должны выполняться с принятием соответствующих мер безопас­ ности.

Завалку шихты в печь механизируют. В печь можно задавать только сухие материалы, так как использование мокрых материалов

Учитывая высокую токсичность угарного газа и взрывоопасность при попадании воздуха или воды в подсводовое пространство, особое внимание необходимо уделять эксплуатации закрытых печей, пре­ дупреждению утечки газа или подсоса воздуха под свод печи или в газоход. Содержание СО в помещениях должно непрерывно кон­ тролироваться приборами с звуковой или иной сигнализацией, предупреждающей об опасном повышении его концентрации.

Для предупреждения проедания расплавом футеровка печи в зоне леток должна систематически проверяться и при наличии неисправностей немедленно ремонтироваться. Запрещается произво­ дить какую бы то ни было работу в ковше или шлаковне, установлен­ ных под леткой печи. Летка располагается на высоте, удобной для ее обслуживания, или же необходимо предусматривать специальные неэлектропроводные площадки. При работе у летки запрещается стоять прямо против очка ее.

Ковши должны быть тщательно просушены и заполняться ме­ таллом ниже верхнего края на 1 0 0 мм, их исправность должна про­ веряться перед подачей к печи. Выкатку и закатку посуды под летку необходимо механизировать. Особое внимание должно быть обращено на устойчивость установки разливочной посуды, исправ­ ность тележек и путей для транспортировки жидкого металла. Кантовку ковша для разливки сплава производят при помощи механизмов.

Изложницы для разливки сплавов должны быть совершенно сухие, необходимо тщательно проверять исправность разливочных машин. Глубина баков для грануляции ферросплавов предусматри­ вается не менее 6 м с возвышающимися над уровнем пола на 600 мм

231

Г Л А В А XVII

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

В электропечах чугун выплавляют в ряде стран. Особенно широ­ кое развитие электродоменное производство получило в скандинав­ ских странах (Норвегия, Швеция, Финляндия), а также в Италии

иВенесуэле, т. е. в странах, относительно богатых гидроресурсами

ибедных коксующимися углями. Удельный вес электрочугуна к об­

щему производству чугуна в отдельных странах до­ стигает 1 0 0 %.

Конструкция электродоменных печей. Первые электродоменные печи

Рис. 70. Схематический разрез доменной (а), электродоменной шахт­ ной (б) и бесшахтной (в) печи:

1 — летка; 2 — электроды

имели такие же шахты, как и обычные доменные печи (рис. 70). Однако в связи с резким сокращением расхода топлива количество газа в электродоменной печи уменьшается и его восстановительная способность полностью используется в нижних горизонтах шахты. В то же время -при высокой шахте для обеспечения хорошей газопро­ ницаемости столба шихты необходимо в качестве восстановителя использовать древесный уголь, что делало электродоменный процесс мало перспективным. Поэтому в дальнейшем такие печи были заме­ нены низкошахтными, аналогичными по конструкции закрытым фер­ росплавным печам. Мощность современных электродоменных печей составляет 33 MBA и более. Электроды —■самоспекающиеся. Стены печей футеруют шамотным кирпичом, а подину печи выполняют либо из угольной набивки, либо из шамота и магнезита, поверх ко­ торых предусматривают доломитовую набойку на смоле. Загрузка печи механизирована и осуществляется по труботечкам.

Сырье и технология получения электрочугуна. Большинство электродоменных печей работают на офлюсованном агломерате из железной руды и на агломерате из пиритных огарков. С целью эко­ номии электроэнергии ведут работы по использованию предварительно восстановленной руды в шахтных или вращающихся печах. В каче­ стве восстановителя применяют доменный кокс, коксовую мелочь, газовый кокс и антрацит, а также бурый уголь. Представляет инте-

233

pec использование брикетов, полученных из измельченных руд и вос­ становителя. Флюсом служит известняк и известь. Химические про­ цессы, протекающие в электродоменных печах, аналогичны тем, что протекают в доменных печах. Однако роль косвенного восстановления в электродоменных печах в связи с их меньшей высотой не столь зна­ чительна, как в доменных печах.

Шихту загружают через течки, расположенные между электро­ дами, что позволяет хорошо герметизировать рабочее пространство печи. Газы из печи отводятся через газоотводы в систему газоочистки, после чего их используют как топливо или в качестве химического сырья. Чугун выпускают через 4— 6 ч одновременно со шлаком.

В дуговых электропечах выплавляют различные виды чугуна: от низкокремнистых передельных до высококремнистых. Процесс характеризуется большой степенью перехода в металл марганца и кремния, так как для их восстановления углеродом имеются хоро­ шие температурные условия. Особенностью плавки в электродомен­ ных печах является высокая степень десульфурации металла даже при высоком содержании серы в исходной руде, а также значитель­ ное испарение фосфора.

Ниже приведены данные по производству чугуна в электропечи на заводе Норботтен (Швеция). Печь работает от трех однофазных трансформаторов мощностью 4000 кВА каждый. Сырьем служат руды крупностью 6 —7,5 мм с содержанием 60—63% Fe. В качестве восстановителя используют кокс и коксовую мелочь. Чугун, содер­ жащий до 2,5% Si; 0,6— 1,2% Мп, не более 0,06% S, до 1% Р (в зависимости от назначения), выпускают порциями по 20—25 т через каждые 6 ч. При выплавке высококремнистого чугуна на же­

1,3% МпО, 0,3% MgO. Выход шлака около 400 кг на 1 т чугуна. Шлак направляют на грануляцию. Выход газа составляет около

руды, 450 кг агломерата, 230 кг известняка, 490 кг восстановителя

Перспективы производства чугуна в электропечах. Выплавка чугуна в электропечах позволяет использовать относительно деше­ вый восстановитель при меньшем ее расходе, чем в доменных печах, и низкокачественные руды. Для технико-экономического сравнения выплавки чугуна в тех или других агрегатах большое значение имеет энергетический коэффициент полезного действия и величина капи­ тальных затрат на 1 т чугуна. С учетом всех затрет на тепловых элек­ тростанциях, а также теплопотерь, по данным В. П. Елютина, рас­ ход исходного топлива на 1 т чугуна в случае электроплавки состав­ ляет около 54,5 МДж (13-106 кал), а в доменной печи около 23 МДж (5,5-10е кал). Таким образом, если источником электроэнергии яв­ ляется тепловая электростанция, то энергетические затраты на 1 т

234

4 А С Т Ь Ч Е Т В Е Р Т А Я

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ1*

Г Л А В А XVIII

СЫРЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЭЛЕКТРОСТАЛИ

Исходными материалами электросталеплавильного производства являются металлический лом, передельный чугун, шлакообразующие (флюсы) окислители, науглероживатели (карбюризаторы), раскислители и легирующие. Кроме металлического лома (углеродистого и легированного), иногда используют специально выплавляемую шихтовую заготовку и мягкое железо, а также продукты прямого восстановления железа: губчатое и кричное железо, металлизованные окатыши.

1. МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ШИХТЫ И НАУГЛЕРОЖИВАТЕЛИ

Металлический лом. Расход металлического лома в электропечах колеблется в пределах 0,7—1,2 т на 1 т готовой стали в зависимости от его качества, выплавляемых сталей, расхода чугуна и степени использования заменителей лома (губчатого железа и т. п.). Метал­ лургические заводы получают металлический лом из двух источни­ ков: лом, заготовленный на стороне, и лом в виде брака и отходов своего производства.

Лом и отходы черных легированных металлов согласно ГОСТ 2786—63 подразделяют на две категории (нелегированные и леги­ рованные) и на три класса по степени чистоты, насыпной массе и за­ соренности. В зависимости от химического состава нелегированные отходы подразделяют на 9 групп, легированные — на 82 группы.

Группы лома необходимо хранить в отдельных закромах, не допуская их смешения и загрязнения, так как это может привести к потере легирующих элементов и браку. Лом для плавки в электро­ печах должен быть по возможности чистым, без ржавчины, песка и без примесей цветных металлов. Содержание серы и фосфора в металли­ ческом ломе должно быть минимальным (не выше 0,04—0,05% ка­ ждого элемента в отдельности). Металлический лом для выплавки стали в кислой электропечи, а также для выплавки стали в основной печи без окисления должен содержать фосфора не выше верхнего предела допустимого содержания его в готовой стали.

По габаритам различают мелкий, средний и крупный лом. Коли­ чество мелочи (обсечки кузнечных цехов, мелкие бракованные де-

236

тали и т. д.) в шихте не должно превышать 20—30%. Количество крупного лома (бракованных слитков, недоливков и т. д.) для обе­ спечения необходимой плотности завалки не превышает 40%. При этом в печи емкостью 5 т не следует загружать куски массой более 0,5 т, а в печи емкостью 12— 15 т — куски массой более 1 т.

Шихтовая заготовка и мягкое железо. При выплавке нержавею­ щих, конструкционных и реже инструментальных сталей методом переплава, особенно в случае отсутствия кислорода, металлический

и 0,025% S; такое железо выплавляют в мартеновских или в электро­ сталеплавильных печах и разливают по изложницам. Слитки прока­ тывают на обжимных станах и заготовки разрезают на куски, пригод­ ные для загрузки в электропечь.

Шихтовую болванку в виде электродов используют при электрошлаковом и вакуумно-дуговом переплаве, а также в электроннолу­ чевых установках. В последнее время в некоторых случаях взамен металлического лома используют губчатое железо, полученное прямым восстановлением из руд и полувосстановленные (металлизованные) окатыши. Применение этого вида сырья оправдано только в районах с малым количеством лома. Отрицательной стороной ра­ боты электропечей на такой шихте является большое количество об­ разующегося шлака, так как в губчатом железе и окатышах содер­ жится до 1 0 % гьустой породы.

Чугун. Расход чугуна в основной дуговой электропечи обычно не превышает 10—20% от общей массы металлошихты. Это связано с тем, что окисление примесей чугуна (Si, Мп и др.) сопровождается образованием большого количества шлака, затрудняющего нормаль­ ное ведение процесса. Недостающее количество углерода для полу­ чения требуемого содержания его в металле по расплавлении вводят науглероживателями (карбюризаторами).

В завалку обычно применяют передельный чугун, содержащий

3,8—4,2% С; до 1,25% Si; до 1,75% Мп; не более 0,20 % P h 0,05%S.

Для корректировки химического состава металла по содержанию углерода необходимо использовать высококачественный передельный чугун марок ПВК-1, ПВК-3, отличающийся низким содержанием серы и фосфора (не более 0,025%). Чугун марок ПВК-1 ч-ПВК-З исполь­ зуют также при выплавке стали в кислых электропечах. Иногда для корректировки состава металла применяют специально выплав­ ленный, чистый по содержанию примесей, в том числе по S и Р, син­ тетический чугун,

Науглероживатели. Для науглероживания металла применяют электродный бой и кокс, а для раскисления шлака в печи — моло­ тый кокс и древесный уголь, реже нефтяной или пековый кокс. Электродный бой содержит мало серы, имеет относительно большую плотность и хорошо усваивается металлом.

Древесный уголь целесообразно применять для раскисления шлака при выплавке низкоуглеродистой стали, так как он плавает в шлаке, не науглероживая металл.

237

2.ШЛАКООБРАЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И ОКИСЛИТЕЛИ

Восновных электропечах для наведения шлака необходимого состава и консистенции применяют известняк, свежеобожженную известь, плавиковый шпат, боксит, шамотный бой; в кислых печах — кварцевый песок, шамотный бой и известь.

Известняк и известь. Обычно известняк содержит 52—54% СаО

ине более 4,0% MgO и 1,0% S i0 2. Желательно минимальное со­ держание серы и фосфора. Известняки Еленовского месторождения, снабжающего заводы Украины, содержат 0,01% S и 0,14% Р, из­

вестняки Тургояского месторождения на Южном Урале — 0,08% Р

и 0,05% S.

Известняк в основных электропечах применяют редко. Как пра­ вило, используют свежеобожженную известь с размером кусков не менее 10 мм. Использование пылеобразной извести затрудняет наве­ дение нормального шлака.

Состав извести, кроме серы, практически определяется составом известняка. Сера может поступать из топлива, особенно если для об­ жига известняка применяют кокс. В связи с этим известь, получен­ ная на донецком коксе, содержит до 0,2—0,25% S, а полученная на кузнецком коксе — не более 0,06—0,07%. Лучшая известь получена при обжиге известняка на газе в трубчатых вращающихся печах. Она содержит более 92% СаО и минимальное количество серы. Весьма важна температура обжига, так при 900—-1000° С известь полу­ чается пористой, рыхлой и, быстро поглощая влагу из воздуха, рас­

в контейнерах, а хранить ее разрешается только в закрытых'складах или бункерах в течение двух суток. При продолжительном хранении обожженная известь «гасится» в связи с протеканием реакции СаО -|- + Н 20 = Са (ОН)2. Влага, внесенная из воздуха в электропечь известью, обогащает металл водородом.

Боксит и плавиковый шпат. Для наведения достаточно жидко­ подвижного высокоизвестковистого шлака используют боксит и пла­ виковый шпат. Для электросталеплавильного производства необ­ ходимо применять бокситы, содержащие не менее 50% А120 3, с от­ ношением А120 3 : S i0 2 не менее 12. Перед загрузкой в печь боксит необходимо просушивать, а иногда и прокаливать, так как он со­ держит до 20—30% влаги. Большой расход боксита, необходимый для разжижения высокоизвесткового шлака, увеличивает общее ко­ личество шлака, что затрудняет ведение процесса. Поэтому чаще для разжижения шлака в электропечах используют плавиковый шпат, хотя он реже встречается в природе и его стоимость значи­ тельно выше. Основная составляющая плавикового шпата — фтори­ стый кальций (CaF2), содержание которого колеблется от 92% и более в первом сорте до 52% в пятом сорте.

В электросталеплавильном производстве желательно применять плавиковый шпат, содержащий не менее 85% CaF2 и лишь в исключи-

238

тельных случаях допускается использование шпата, содержащего не менее 75% CaF2. Для разжижения шлака иногда применяют бой шамотного кирпича, содержащего 30—35% А120 3. Кварцевый песок (>95% S i02) преимущественно применяют в кислых электропечах.

Газообразный кислород. В качестве окислителя в настоящее время широко применяют кислород, расход которого колеблется в пределах 1—40 м3/т стали. Кислород, используемый при продувке ванны дол­

как следствие, к усилению некоторых пороков в стали в первую очередь флокеночувствительности.

Твердые окислители. Окислители, используемые в электроста­ леплавильных печах, должны отличаться большой плотностью, высоким содержанием окислов железа при низком содержании крем­ незема, присутствие которого приводит к образованию большого количества шлака, а также низким содержанием серы и фосфора. Таким требованиям отвечает кусковая мартеновская руда (магнитный

в качестве заменителей применяют доменные железные руды с со­ держанием около 80% Fe20 3 и до 15% SiO2, а также агломерат, окатыши т. п.

3. РАСКИСЛИТЕЛИ И ЛЕГИРУЮЩИЕ

Для раскисления и легирования стали используют различные элементы, чаще всего в виде сплавов с железом (ферросплавы) и реже в чистом виде. К раскислителям и легирующим предъявляют сле­ дующие требования.

1.С целью снижения затрат тепла на расплавление добавок сплав должен иметь высокое содержание ведущего элемента.

2.Легирующие должны содержать минимальное количество вред­ ных примесей (серы, фосфора, олова, мышьяка и т. д.) и шлаковых включений.

3.Легирующие должны содержать минимальное количество

газов.

4. Для уменьшения потерь легирующих содержание мелочи (кусков размером менее 1 0 мм) нежелательно, за исключением при­ менения их для раскисления шлака, когда раскислители специально размалывают в порошок.

Предъявляется также ряд требований с учетом физико-химичес­ ких процессов, протекающих при раскислении и легировании, кото­ рые рассмотрены в гл. XXII.

4. ПОДГОТОВКА МАТЕРИАЛОВ К ПЛАВКЕ

Влага шихтовых материалов может увеличить содержание водо­ рода в готовой стали, а также вызвать энергичное вспенивание и выброс металла и шлака из печи. Поэтому материалы перед присад­

239

кой в печь необходимо прокаливать (руда, плавиковый шпат) или сушить (кокс, древесный, уголь и т. д.); известь необходимо исполь­ зовать только свежеобожженную.

Для прокаливания материалов в электросталеплавильных цехах устанавливают печи с мазутным или газовым отоплением. Материалы в печь загружают в мульдах или, для лучшего прогрева, в плоских коробках, на которых материал рассыпается слоем толщиной не бо­ лее 200 мм. Мульды и коробки для лучшего удаления влаги имеют большое число отверстий. Прокаливание материалов продолжается не менее двух часов при температуре 500—900° С. Руду и боксит лучше нагревать докрасна. Материалы сушат на горнах, отапливае­ мых газом или углем.

Ферросплавы, особенно при выплавке высоколегированной стали, необходимо предварительно подогревать до температуры 700— 800° С, что ускоряет их плавление. Их подогревают в мульдах в тех же печах, где прокаливают сыпучие материалы.

При проведении плавки в электропечи для раскисления шлака расходуется значительное количество тонкомолотых порошков фер­ росилиция, кокса, электродного боя и т. д. Для этой цели в цехе устанавливают дробилки, бегуны и механические сита.

В электросталеплавильный цех металлический лом поступает подготовленным. Однако собственные отходы (литники, бракованные слитки и т. д.) необходимо подготавливать в цехе. Литники очищают от огнеупорного припаса и разрезают для более плотной укладки.

Важной операцией подготовки шихты является ее взвешивание. Неточное взвешивание исходных материалов может привести к не­ попаданию в анализ, а также к лишним потерям металла в виде не­ полновесных слитков—недоливков. Полностью подготовленная на плавку шихта должна быть подана на рабочую площадку не позднее чем за час до выпуска предыдущей плавки.

Г Л А В А XI X

ЗАГРУЗКА ШИХТЫ В ПЕЧЬ

Сталь в основных дуговых электропечах выплавляют преиму­ щественно следующими тремя методами:

а) на свежей шихте с окислением примесей железной рудой или газообразным кислородом;

б) переплавом легированных отходов без окисления; в) переплавом легированных отходов с окислением газообразным

кислородом.

Иногда практикуется выплавка стали методом смешения жидких металлов и ферросплавов в ковше.

При выплавке стали с окислением в печь присаживают железную руду или ванну продувают кислородом с целью окисления кремния, марганца, фосфора и избыточного углерода. Интенсивное кипение металла в окислительный период, вызванное выделяющимися из металла пузырями окиси углерода, обеспечивает снижение содержа­

240