08.04.2020. Технологія основного скрап-рудного процесу

      МОДУЛЬ 4.3.3.                « Мартенівський скрап – рудний і скрап процес»

                                                                    

        Мета :                                      дати поняття студентам пр мартенівський

                                                          скрап - рудний, скрап  - процес

                                                            

       Тип уроку :                                            комбінований.

       Методи пояснення :                             розповідь, бесіда.

       Методи опитування :                           фронтальна бесіда.

      Наочні приладдя :                                 плакати і таблиці по темі.

ХІ  Д ЗАНЯТТЯ

     1.Організаційна частина.

            1.2.Перевірка готовності аудиторії до уроку.

            1.3.Повідомлення модуля , мети і ходу уроку.

     2.Проведення фронтальної бесіди із студентами по попередньому    модулю.                                   

             2.1.Як проводять розкислення киплячої сталі?

     2.2.Як проводять розкислення спокійної сталі ?

     2.3.Як проводять легування сталі ?

     2.4.Охарактеризувати нікель, як легуючий елемент.

            2.5.Охарактеризувати хром, як легуючий елемент.

            2.6.Охарактеризувати марганець, як легуючий елемент.

                 

3.Пояснення нового матеріалу

Цей варіант основного мартенівського процесу організують на металургійних заводах , які не мають доменних цехів , або на великих машинобудівних заводах . Задача скрап – процесу : отримання сталі із найбільш дешевого і не дифіцитної в цих умовах сировини – стального брухту ( скрапу ) . Вскладі шихти скрап – процесу 60 - 65 %  брухту , інше – чавун . Витрата привізного чавуну повинна бути мінімальною , тільки для внесення в шихту необхідної кількості вуглецю .

     Шихтовка плавок . Склад металевої частини шихти ( співвідношення між кількостями брухту і чавуну ) визначається потрібною концентрацією вуглецю в металі по розплавленню з урахуванням його надлишку на 0,4 – 0,8 % над заданим вмістом . Угар шихтового вуглецю за час завалки і плавлення складає – 40 % .

     В неметалеву частину шихти вводять вапняк , вапно , боксит . Ввиду обмеженої кількості чавуну в завалці потреба в руді , як додатковому окислювачі , відпадає тому і її замінники до складу шихти не вводять .

     Заправка печі , як і в скрап – рудному процесі , проводиться післ кожної плавки для ремонту зношених дільниць подини і відкосів ванни . Тривалість заправки складає 15 – 25 хв в залежності від стану вогнетривких поверхонь ванни , місткості печі і потужності заправочної техніки .

    Завалка шихти . Особливістю скрап – процесу являється велика доля брухту в металевій завалці . Свої відходи завода складають лише невелику частину шихти , основна кількість брухту ( переважно легковагового ) надходить зі сторони . Крім того усі інші шихтові матеріали : чавун вапняк та інші сипучі матеріали подаються в піч в твердому вигляді . Внаслідок цього завалка шихти в скрап – процесі – працемістка частина роботи , занімає 60 – 70 % усієї тривалості плавки . Ввиду складності і великої тривалості завалки скрап – процес проводять в невеликих печах – садкою до 150 т .

     Невелика потужність і продукційність завалочних машин кранового типу , а також більш складна сиситема подачі мульд із шихтою ( на шихтові балкони пічного прольоту ) зумовлюють відносно низьку швидкість завалки – біля 0,5 – 1 т / хв . Загальна тривалість завалки на печах садкою 100 – 150 т складає 3,5 – 4 год . На відміну від скрап – рудного процесу , завалку брухту приходиться переривати для осадження його в печі . По ходу завалки проводять декілька переривів  , тривалість яких залежить від характера брухту і теплової потужності печі .

       При нормальних умовах роботи проводять дві – три  перерви для прогріву брухту , під час яких покращуються умови теплопередачі , так як зупиняються втрати тепла через завалочні вікна . Однак в наслідок великої теплопровідності брухту цого завалку ведуть з максимальними швидкостями, використовують на завалці дві машини .

     Порядок завалки шихти . Для поркащення умов прогріву бажано було б починати завалку з найменш теплопровідного матеріалу – вапняку або вапна. Але , як відомо , це може призвести до заростання подини , погіршенню прогріву вапняку і дисоціації СаСО₃ . Тому на подину дають легковаговий брухт ( листову обрізь , нещільні пакети , подрібнену стружку ) в кількості 15 – 20 % усього брухту , потім тонким шаром рівномірно завалюють вапняк . Псля прогріву цього шару сипучих завалюють брухт , що залишився , поміщуючи важковаг поближче до задньої стінки печі , в зону найбільш високих температур . Під час завалки брухту запобігають утворенню куч , що змінюють рух газів в робочому просторі , відхиляючих факел до зведення печі .

     Вапняк в завалку витрачається в кількості 5 – 8 % від маси шихти . На ряді заводів замість вапняку в завалку дають еквівалентну кількість вапна . При цьому економиться тепло , що витрачається на розкладення карбонатів , загальна тривалість плавки скорочкється на 3 – 5 % . Вапняк має ряд переваг у порівнянні з вапном : невисоку вартість , нечуттєвість до умов зберігання , здатність перемішування металу ( вапняковий кіп ) .

     Після закінчення завалки і прогріву брухту на його поверхю завалюють усю масу чушкового чавуну . Щоб запобігти « закозління» чавуном нижніх шарів брухту , його потрібно прогрівати перед завалкою чавуну до 1350 – 1400 ⁰ С – вище точки плавлення чавуну .

     Плавлення . Плавлення шихти починається з найбільш легкоплавкої складової , тобто з чавуну . Краплі чавуну , стікаючи по поверхні брухту , навуглецьовують залізо і сприяють його розчиненню . Поступово чавун зникає з поверхні брухту , а на подині песі утворюється рідка ванна , в якій продовжує розчинятися і плавитися металева завалка . В процесі плавлення рівень рідкої фази підвищується і , накінець , увесь брухт стає зануреним  в металевий розплав . Як при роботі з рідким чавуном , плавлення брухту відбувається у дві стадії : 1) поки температура рідкого  металу нижче точки плавлення заліза розчиняється навуглецьований з поверхні брухт ; 2) після наближення температури ванни до температури плавлення брухту переважає розплавлення твердої шихти .

     Виділення СО₂ на поверхнях шматків нерозплавленого брухту , розміщення вапняку і температурна конвекція зумовлюють в другій половині періода плавлення достатньо добре перемішування вани і сприяють її прогріву . Але , співставляючи періоди плавлення в скрап – рудному процесі  і скрап – процесі , потрібно відмітити , що інтенсивність перермішування ванни при використанні твердого чавуну значно нижче , особливо на початку періода . Відповідно і нижче теплозасвоєння малорухомої вани , що складається із брухту , пропитаного рідким чавуном .

     В період завалки брухт інтенсивно окислюється і метал накопичує значну кількість кисню , під дією якого , а також пічної атмосфери вже під час плавлення чавуну окислюється більша частина його домішок . Із оксидів кремнію , марганцю  і заліза утворюється первинний шлак , в якому поступово розчиняється вапно із вапняка , що розкладається . Ці процеси йдуть повільно , і тільки до кінця плавлення основність шлаку досягає 1,8 – 2,2 . Для прискорення шлакоутворення і підвищення активності шлаку в другій половині плавлення у ванну присаджують боксит і окалину .

     Раннє шлакоутворення дуже важливе для успішної дефосфорації , тому передові технологічні прийоми передбачають формування активного шлаку за 30 – 40 хв до кінця плавлення . Такі прийоми основані на раціональному використанні шлакоутворюючих присадок .

     Так , в технології , запропонованій В.П.Умріхіним , в завалку дають усього 4 – 5 % вапняку , розподілюючи його в різних шарах брухту , частину вапняку розміщують на відкосах печі поверх брухту  - до загрузки чавуну . Утворений в умовах дефіциту вапна низькоосновний рідкорухомий шлак частково сходить через пороги завалочних вікон . Новий шлак наводять присадками вапна , окалини і бокситу , наводка його починається за 1,5 – 2 год і закінчується за 20 – 30 хв до розплавлення  . До початку доводки основність шлаку досягає 2,7 – 3,0 і практично закінчується дефосфорація металу . Загальним недоліком таких варіантів технології являється підвищенна іх працемісткість .

     За 30 хв до розплавлення беруть попередню пробу на вуглець і сірку . Після розплавлення відбирають пробу металу на повний хімічний аналіз ( вуглець , марганець , сірка , фосфор , нікель , мідь ) . Одночасно відправляють на аналіз пробу шлаку ( СаО , SіО₂ , FeO , МпО , Р₂О₅ ) .

      Доводка плавки .  Як і в скрап – рудному процесі , період доводки призначений для досягення заданого хімічного складу сталі і нагріву її до температури випуску . Доводка включає поліровку , чисте кипіння , розкислення і легування металу .

      З урахуванням  того , що скрап – процесом виплавляють , як правило , високоякісні леговані сталі , які вимагають низьких вмістів сірки і фосфору , доводка починається з вилучення із печі половини усього шлаку плавлення . З цим шлаком вилучається значна кількість фосфора . Одночасно зменшується шлаковий шар , що поркащує умови теплопередачі від факела до ванни . Для вилучення шлаку після нормального прогріву вани на неї присаджують невеликими порціями залізну руду . Шлак вспінюється і самотьоком виходить через пороги робочих вікон в шлакові чаші . При недостатньому сходженні шлаку його вилучають примусово , з допомогою завалочної машини або гребками .

     Новий шлак наводять присадками вапна і бокситу . Головне призначення цього шлаку – можливо більш повна дефосфорація ванни . Для отримання великих коефіцієнтів розподілу фосфору  ( Р₂О₅ ) / [ Р] необхідні оптимальні значення вмісту оксидів заліза і підвищена основність шлаку . Практикою скрап - процеса  виявлена висока дефосфоруюча здатність шлаку , що має відношення  ( СаО ) / ( SіО₂ ) = 3 – 3,5  і основність 2,8 – 3,2 .

     При виплавці сталі з дуже низьким вмістом фосфора ( < 0,015 % ) іноді приходиться скачувати шлак два – три рази  з наступним його оновленням . При цьому намагаються отримати  концентрацію фосфора перед випуском  0,005 % і нижче . Висока основність шлаку і підвищена температура вани сприяють десульфурації металу , із скачуємим шлаком вилучається і значна кількість сірки .

     Як відомо , вуглець окислюється на протязі усієї плавки , але інтенсивність окислення  по періодам скрап – процеса різна  . Під час плавлення із шихти вилучається 35 – 40 % початкового вуглецю , інший вуглець ( до марочного вмісту ) витрачають в період доводки . Високу швидкість зневуглецювання під час поліровки ( 0,4 – 0,7 % С / год ) підтримують присадками невеликих порцій залізної руди при загальній її витраті 1 – 2 % від маси плавки . Інтенсивність рудних присадок залежить від величини ∆[ С ] по розплавленні , термічної потужності печі та інших причин . Якщо по ходу продувки ванну продувають киснем , то тривалість доводки і кількість руди для поліровки скорочується . Відомо , що окислення вуглецю газоподібним  киснем супроводжується  нагрівом ванни , а швидкість зневуглецювання  зростає до 1,5 – 2,5 % С / год .

     Період чистого кипіння починається після вилучення надлишкового вуглецю і характеризується зупинкою присадок сипучих . Призначення цього періода таке ж , як і в скрап – рудному процесі : нагрів металу і деяке вилучення із нього розчинених газів і неметалевих включень .

       Скрап – процес на рідкому чавуні.

     Цей варіант мартенівської плавки оснований на отриманні сталі без використання в шихті чавуну або з обмеженною його кількістю. Вуглець чавуну заміняється при цьому навуглецьовуючими добавками , карбюраторами . Процес був в перше запропонований в 1890році , в наступні роки періодично використовувався, хоча і неотримав великого розповсюдження. Використовується карбюраторний варіант у випадку великої кількості стального брухту і недоліку чавуну.

     Карбюратор, що використовується у виробництві мартенівської сталі, повинен бути мало сірчаним, механічно міцним і, разом з цим , пористим: велика питома поверхня підвищує його розчинність в металі. В якості карбюраторів використовують електродний бій, нефтяний кокс ( кращі карбюратори), антрацит, кокс, дерев’яне вугілля. Коефіцієнт засвоєння карбюризатора залежить від його якості, характера стального брухту і швидкості завалки і коливається в межах 0,2 – 0,6.

     Завалку шихти в карбюризаторному процесі починають з вистилки подини стальним брухтом, втрачаючи біля 10% усієї шихти. Цей шар формують із чистого легковагового брухту , на нього рівним шаром завалюють карбюризатор. Для введення в шихту марганцю іноді поверх карбюризатора ( або в суміші з ним) дають марганцеву руду.Шар карбюризатора  по можливості швидко для зменешення його угару накривають стальним брухтом. Потім завалюють вапняк, поверх, якого дають брухт, що залишився. Якщо у завалку використовують чавун, то його розміщують зверху, завалюють після прогріву стального брухту.

     Внаслідок тугоплавкості стального брухту плавлення шихти в карбюризаторному процесі можна успішно проводити лише в гарячо працюючих печах. Потрібно мати на увазі, що навуглецювання металу твердим карбюризатором можливо тільки при розчиненні стального в рідкій ванні. Тому до навуглецювання брухт повинен бути розплавлений, а це можливо тільки при нагріві металевої завалки до температур ˃ 1500⁰С.

     Превинні шлаки при відсутності або в невеликій кількості чавуну формуються незвичайно. Головним джерелом шлаку стають елементи – домішки стального брухту і його забруднювачі. Тому первинний шлак може містити наряду із SіО₂ багато Аl₂О₃, оксидів хрому, марганцю та інших елементів. Характерною особливістю первинних шлаків карбюризаторного процесу являється схильність до піноутворення – шлакова піна дуже стійка. Вважається, що в стабілізації піни певну роль відіграють дрібні частинки незасвоєного ванною карбюризатора, що заплутується у відносно в’язкому  низькоосновному шлаці.

     Шлакова піна, що закриває поверхню ванни, погіршує умови її нагріву, тому первинний шлак вилучають із печі можливо повніше. В печах з потужним високотемпературним факелом період піноутворення нетривалий, шлак швидко нагрівається і стає однорідним. В цьому випадку ретельне вилучення із печі первинного шлаку не обов’язкове . Після повного  розплавлення садки і утворення нормального шлаку з основністю 2,0 – 3 починається період доводки плавки, який проводиться по звичайній для скрап – процесу технології.

     Головними недоліками карбюризаторного процесу являються зменшення продуктивності печі і підвищення витрат палива внаслідок тугоплавкості шихти, скорочення кампанії печі в результаті підвищеного зношення вогнетривів при напруженій тепловій роботі. При використанні кисню для сучасних мартенівських печей, що характеризуються високою якістю вогетривів і термічною потужністю, відмічені недоліки компенсуються перевагами ( дешева металошихта, підвищення виходу придатного, низький вміст фосфору в початкових матеріалах).

    У зв’язку із зростанням запасів металевого брухту, труднощами в його переробці киснево – конвертерним процесом і порівняно повільним розвитком електрометалургії роль звичайного варіанта карбюризаторного процеса або при зменшенній долі чавуну в шихті може суттєво зрости.

Письмово відповісти на такі питання

            4.1.Як відбувається шихтовка плавки?

     4.2.Як проводиться завалка шихти ?

     4.3.Як  проходить плавлення металу?

     4.4.Які задачі вирішує період доводки плавки?

            4.5.Які операції проводять в період доводки?

            4.6.Як проводять чисте кипіння сталі?