За 13.04.20 Тема «Особливості виплавки кп ,сп ,нс мартенсквських печах арок сталей нс марок

Лекція за 13.04.2020р

      Тема «Особливості виплавки кп ,сп , нс марок сталей в мартенівській печі»

3.Пояснення нового матеріалу

        По мірі окислення вуглецю по ходу доводки плавки концентрація розчиненого кисню зростає . В період чистого кипіння досягається і підтримується певна залежність між концентраціями вуглецю і кисню у вані ; цей зв’язок наближено визначається емпірічним рівнянням [ % С ] · [ % О ] = 0,0036 + 0,0033 [ % С ] , із якого виходить , що при низьких концентраціях кисню ( 0,05 – 0,10 % ) вміст кисню в металі може досягати 0,04 – 0,06% , при середніх ( 0,4 – 0,6 % С ) – знижується до 0,01 % . Але в усіх випадках метал залишається сильно окисленим , тому мартенівська  плавка завжди закінчується операцією розкислення .

      Розкислення кплячої сталі.  Кип’ячу сталь розкислюють , як правило , тільки марганцем , іноді в метал додатково вводять невееликі кількості алюмінію , ттану та інших елементів – для отримання нестаріючої сталі . Кип’яча сталь містить від 0,25 до 0,60 % Мп , оптимальний його вміст залежить від концентрації  вуглецю і умов розливу сталі .

     Кип’ячу мартенівську сталь розкислюють феромарганцем , вводячи його в піч або в сталерозливний ковш . При розкисленні в печі феросплави дають у ванну за 5 – 10 хв до випуску плавки . Розкислення в печі пов’язане із значним угаром  марганцю ( 40 – 70 % ) , великі значення відносяться до низьковуглецевої сталі . Угар марганцю збільшується пропорційно інтервалу між моментом розкислення і випуском плавки , тому розкислений метал потрібно випускати без зволікань . До переваг способа розкислення в печі відносяться простота виконання , рівномірністьвмісту марганцю в металі після випуску , до недоліків – підвищена витрата феросплавів .

     При розкиленні в ковші феромарганець подрібнюють на шматки розміром 50 – 100 мм  і присаджують в ковш під час випуску плавки , закінчуючи присадку при наповненні ковша на ⅔ його висоти . Такий прийом дає можливість отримати задовільну рівномірність розподілення розкислювача в об’ємі металу . Температура випускаємого металу при розкисленні в ковші повинна бути на 10 – 15 ⁰С вище , ніж при розкисленні в печі .

     При розкисленні в ковші угар марганцю скорочується до 25 – 30 % , тому на багтьох заводах рядові марки кип’ячої сталі розкислюють цим способом . Однак на великих печах , випуск із яких проводиться в два або три ковша , можна при цьому отримати значну нерівномірність по марганцю . Для використання переваг обох способів розкислення вводять феромарганець у піч в самому початку випуску плавки . Угар марганцю складає при такому варіанті 35 – 40 % ( сталі  Ст 2 і Ст 3 ) , розподіл його по ковшам достатньо рівномірно .

     Розкислення спокійної сталі . Тепер значну частину спокійної вуглецевої і всю леговану сталь виплавляють з попереднім розкисленням металу в печі . Попереднє розкислення дає можливість стабілізувати ванну по вмісту вуглецю перед випуском . Крім того , вводячи розкислювачі  у відносно дрібну мартенівську ванну , можна розраховувати на більш повне вилучення із металу продуктів розкислення до випуску плавки . До недоліків попереднього розкислення вілносяться підвищений угар феросплавів .

     Для попереднього розкислення використовують низькопроцентний феросіліцій або сілікомарганець . З цими феросплавами у ванну вводять 0,1 – 0, 2 % Sі в залежності від марки виплавляємої сталі . Майже увесь присаджений кремній окислюється киснем металу і шлаку , при цьому ванна розкислюється і перестає кипіти .

     По звичайно прийнятій технології у вану даєть спочатку феромарганець із розкрахунку отримання концентрації марганцю на нижній межі марки , а через 8 – 10 хв вводять нагрітий до 600 – 700 ⁰С феросіліцій . Для нагріву феросплава ( в основному для доброї його просушки ) використовують спеціальні печі , при їх відсутності мульду з доменним феросіліцієм вносять в робочий простір печі на хоботі завалочної машини і витримують там декілька хвилин .

     Останнім часом для попереднього розкислення частіше використовують сілікомарганець . Кількість сілікомарганцю також визначається по кремнію , який необхідно внести в метал . Перевагою сілікомарганцю перед низькопроцентним феросіліцієм можна вважати менший вміст вуглецю , а також більш сприятливий характер продуктів розкислення – вони швидше виділяються із металу і вспливають у шлак .

      Повторне кипіння ванни після попереднього розкислення не припускається , так як основною задачею цієї операції являється отримання сталі із заланим вмістом вуглецю. При вузьких межах вмісту вуглецю досить важко отримати сталь необхідної марки без попереднього розкислення вани . Після попереднього розкислення плавку готують до випуску .

     Кінцеве розкислення проводять в ковші на випуску плавки . Для такого розкислення використовують багатий феросіліцій ( 45 – 75 % Sі ) в шматках не більше 40 – 50 мм і металевий алюміній в чушках . Кремній , алюміній та інші елементи можна вводити в метал у вигляді комплексних розкислювачів . Феросплави дають у ковш під час його заповнення , присадка розкислювачів повинна бути закінчена до появи на жолобі пічного шлаку . Не рекомендується і попередня , до початку випуску , загрузка розкислювачів у ковш . В цьому випадку можливе « закозління» матеріалів першою порцією випускаємої сталі , що приведе до пізнього їх розчинення і до нерівномірного розподілення розкислювачів в об’ємі металу .

     Витрата феросіліцію визначається заданим вмістом кремнію в готовій сталі , угар кремнію складає для попереднього розкислення металу 10 – 15 % . Витрата алюмінію визначається вмістом вуглецю в сталі  і вимогами до розміру первинного аустенітного зерна в литому металу . Тому в різних умовах в сталь віл 200 до 800 г / т алюмінію . Якщо необхідно підвищити вміст вуглецю в готовій сталі . то на струмінь металу під час випуску дають навуглецюючі добавки : подрібнені кокс , електродний бій , розфасовані в бумажні пакети .

  Легування

Технологія легування повинна визначатися властивостями легуючих елементів , враховувати їх поведінку в стальній ванні . Важливо , враховувати схильність розчиненого легуючого компонента до окислення легуючого компонента до окислення. Легуючі елементи по їх окислювальності в стальній вані можна розбити на три групи . Цьому повинна відповідати технологія легування мартенівської сталі .

     В першу групу входять елементи ,  що не окислюються в стальній ванні ( нікель , молібден , мідь ) . Легування цими компонентами не має великих труднощів , так як їх угар при введенні в метал  близький до нуля .

     Нікель ( листовий або гранульований ) дають у завалку тільки із розрахунку отримання нижньої межі для данної марки з урахуванням  нікеля , вмісту в легованих нікелем відходах шихти . Корегування складу ванни по нікелю проводять в період доводки , краще всього  - під час рудного кипіння ( поліровки ) , коли ванна відносно прермішується .

     З метою економії металевого нікеля частину його іноді замінюють окатишами із оксиду нікеля NіО . Цей неміцний оксид повністю відновлюється в мартенівській ванні , і нікель переходить в метал . Такі окатиші можна давати в завалку і для корегування складу металу в період поліровки .

     Цікава практика легування мартенівської сталі слабко окисленими елементами – хромом і марганцем. Ці елементи в якості легуючих компонентів входять у велику кількість сталей. Однак угар хрому і марганцю залежить від параметрів мартенівської ванни,цей вплив необхідно враховувати для отримання заданих концентрацій їх в готовій сталі.

     Хром.Для легування використовують ферохром різних марок і силікохром . Вуглецеві сорта ферохрому дешевше , ніж сплави з низьким вмістом вуглецю : тому при виплавці середньо- і високовуглецевих сталей з невисоким вмістом хрому використовують ферохром марок ФХ100 – ФХ800 , що містять 1 – 8 % С . Феросплави вводять в попередьо розкислену ванну , метал витримують в печі після легування на протязі 20-30 хв, щоб встигли розчинитися тугоплавкі карбіди хрома. Тривалість витримки залежить від кількості введеного ферохрому . Угар хрому в цьому варіанти  легуванння порівняно невеликий ( 10 – 15%).

     Для вилучення вологи і зменшення охолоджуючого ефекту ферохром перед введенням в метал нагрівають до 700 – 800⁰С . Але присадки феросплаву знижують тепмературу ванну. По данним промислових досліджень , при введенні ферохрому в кількості 30кг/т температура ванни 185 – т печі знижувалася на 40 – 45⁰С.Нагрівати метал, розкислений і легований хромом, важко так, як засвоєння тепла спокійною ванною різко уповільнюється.Тому в мартенівських печах виплавляють сталь з вмістом хрому не вище 2,5 – 3 % , а метал перед легуваннням перегрівають.

     При виплавці низьковуглецевих хромистих сталей іноді частину хрому замінюють силікохромом. В залежності від марки силікохром містить 20 – 50% Sі і 30 – 45 % Сr, вміст вуглецю в кремнехромистих феросплавах не перевишує 1%. Крім того , маючи більш низьку температуру плавлення, силікохром швидше розчиняється в металі. Використання силікохрому скорочує витрати феросиліцію і зменшує тривалість періода розкислення і легування на 5 – 10 хв.

     При виплавці середньовуглецевих хромистих сталей в гарячо працюючих печах отримав розповсюдження спосіб введення ферохрому в нерозкислену ,киплячу ванну.В цьому випадку метал легують вуглецевим ферохромом, вводячи феросплав при вмісті вуглецю у ванні, що превищує марочний на 0,10 – 0,15%. Відразу після завантаження ферохрому кипіння ванни зупиняється, але після розподілухрому між металом і шлаком поновлюється з попередньою інтенсивністю. По мірі нагріву ваннибільша частина окисленого на початку хрому відновлюється і повертаєтьсяіз шлаку в метал.

     Преваги варінту в тому, що не потрібна витримка після легування , легше нагрівати ванну, краще вилучаються в шлак неметалеві включення ферохрому, недолік – підвищений і нерівномірний угар хрому ( 15 – 30%), важче потрапляти в заданий марочний склад по хрому.

     Марганець, поведінка якого при легуванні аналогічно поведінці хрому , присаджують у ванну у вигляді феромарганцю , розігрітого до 700 – 800⁰С, в кінці періоду чистого кипіння. Присадка цього феросплаву для отримання в металі 1 – 2% Мп на деякий час призупиняє кипіння ванни, потім кипіння поновлюється.Внаслідок окислення і випаровування марганцю із металевого розплаву угар його складає 20 – 30%.З метою економії марганцю при невеликих його кількостях в сталі практикують легування в ковші.

     Легко окислювальні легуючі елементи – кремній, ванадій, алюміній, титан,бор – вводять в ковш на випуску плавки. Перед їх присадкою в метал повинен бути добре розкисленим в печі. Починати присадки цих компонентів необхідно після наповнення ковша на ¹/₃ і  закінчувати при наповненні його на ²/₃ , щоб інший метал добре перемішав метал у ковші. Піздня присадка таких елементів, які легко окислюються приводить до їх підвищеного угару при взаємодії з оксидами заліза пічного шлаку. Угар кремнію і ванадію складає 20 – 30%, титану – до 50 %, алюмінію – 50 -70%.

     Введення в ковш великих кількостей легуючих компонентів пов’язане із зниженням температури, яке не завжди можна компенсувати перегрівом металу перед випуском. В цьому випадку звичайні феросплави можна успішно замінювати екзотермічними брикетами різного типу. До складу таких брикетів входять: молотий феросплав з необхідним легуючим елементом ,окислювач ( натрієва селітра, бертолітова сіль) і відновлювач (алюміній, кремній ,вуглець, силікокальцій). Приблизні склади брикетів для легування хромом, % : 45Сr, 5 Sі, 6 С, 15 NaNO₃; для легування марганцем ,%: 50Мп, 10 Sі, 3 С, 12 NaNO₃.

     При легуванні сталі екзотермічними брикетами протікають реакції між окислювачем і відновником з великим тепловиділенням: 100 – 110 кДж/кг брикета.Зона розпаду кожного брикету сильно розігрівається , що сприяє доброму розчиненню і засвоєнню легуючого компонента.

     Екзотермічні брикети завантажують в ковш перед випуском плавки. Хром і марганець засвоюються із брикетів на 90 – 95%, вміст вуглецю в сталі збільшується при цьому на 0,05 – 0,08%. В деякі види брикетів додатково вводять флюси ( СаF₂,Na₂O) для формування із продуктів екзотермічних реакцій і оксидів елементів – розкислювачів легкоплавких шлаків. Такі офлюсовані брикети підвищують чистоту сталі від неметалевих включень і забезпечують додаткову десульфурацію сталі .

     До недоліків цього матеріалу можна віднести додаткову витрату дорогих екзотермічних компонентів і працеємкість виготовлення брикетів: додаткові витрати на обладнання і робочу силу. Економічна доцільність використання екзотермічних брикетів повинна визначатися з урахуванням як додаткових витрат на їх приготування, так і економії за рахунок зниження витрати феросплавів і підвищення якості сталі.

Письмово відповісти на такі питання

            4.1.Як проводять розкислення киплячої сталі?

     4.2.Як проводять розкислення спокійної сталі ?

     4.3.Як проводять легування сталі ?

     4.4.Охарактеризувати нікель, як легуючий елемент.

            4.5.Охарактеризувати хром, як легуючий елемент.

            4.6.Охарактеризувати марганець, як легуючий елемент.