yandex.metrica
Конвертерное производство

Раскисление и легирование кислородно-конвертерной стали

Раскисление стали

Раскисление кислородно-конвертерной стали производят осаждающим методом в ковше во время выпуска. В конвертер раскислители не вводят во избежание их большого угара.

Спокойные стали обычно раскисляют марганцем, кремнием и алюминием, на отдельных марках стали дополнительно применяют титан, кальций и другие сильные раскислители. Кипящую сталь раскисляют одним марганцем.

В старых цехах, не имеющих установок внепечной обработки, в ковш при выпуске вводят все раскислители, обычно начиная с более слабых (обладающих меньшим химическим сродством к кислороду), а затем вводят более сильные, что уменьшает их угар. Последовательность ввода в ковш широко применяемых сплавов-раскислителей следующая: вначале вводят ферромарганец или силикомарганец, затем ферросилиций и в последнюю очередь алюминий. Кипящую сталь раскисляют одним ферромарганцем. Подачу раскислителей начинают после наполнения ковша жидким металлом примерно на 1/4—1/3, а заканчивают, когда заполнен металлом на 2/3, что позволяет избежать попадания раскислителей в шлак и их повышенного угара. Количество марганца и кремния, вводимых в металл, рассчитывают так, чтобы обеспечивалось не только раскисление, но и получение требуемого в данной марке стали содержания этих элементов. Определяя расход раскислителей, учитывают, что при раскислении спокойной стали и введении раскислителей в ковш их угар составляет: марганца 10—25 %, кремния 15—25 %. При раскислении кипящей стали угар марганца равен 20—35 %. Расход алюминия на раскисление в зависимости от содержания углерода в выплавляемой стали составляет 0,15—1,20 кг на 1т стали, увеличиваясь при снижении содержания углерода; большая часть вводимого алюминия (60—90 %) угорает. Попадающий в ковш в конце выпуска металла конвертерный шлак на многих заводах загущают присадками извести или доломита, чтобы уменьшить окисление вводимых в ковш добавок оксидами железа шлака и восстановление из шлака фосфора.

В современных конвертерных цехах, оборудованных установками доводки жидкой стали в ковше, при выпуске металла в ковш вводят лишь часть раскислителей — преимущественно слабоокисляющиеся, т.е. имеющие не очень высокое сродство к кислороду (ферромарганец, силикомарганец и реже ферросилиций). Чтобы исключить попадание в ковш содержащего фосфор и оксиды железа конвертерного шлака, в конце выпуска делают его отсечку, а в ковш загружают материалы (гранулированный доменный шлак, вермикулит, смесь извести и плавикового шпата и др.) для создания шлакового покрова, предохраняющего поверхность металла от окисления и охлаждения.

Затем ковш транспортируют на установку доводки стали, где в процессе перемешивающей продувки аргоном в металл вводят ферросилиций, алюминий и при необходимости другие сильные раскислители; по результатам анализа отбираемых при внепечной обработке проб проводят корректировку содержания кремния и марганца в металле, что обеспечивает гарантированное получение заданного состава стали. Для  лучшего усвоения алюминия желателен его ввод в объем металла с помощью погружаемой шташги или в виде проволоки, подаваемой в ковш сверху с большой скоростью с помощью трайб-аппарата.

Отсечку шлака с щелью предотвращения его попадания в сталеразливочный ковш при выпуске металла делают несколькими способами. Простейший из них — быстрый подъем конвертера в момент окончания слива металла — не является достаточно эффективным. Еще один способ — отсечка с помощью стальных шаров в огнеупорной оболочке: в конце выпуска шар вводят в конвертер, где он плавает на границе шлак—металл и вместе с последними порциями метал¬ла попадает в канал летки, перекрывая его. Более эффективны способы с принудительным закрытием летки: скользящим шиберным затвором, закрепленным на кожухе летки и перемещаемым гидроприводом; пневматическим устройством, представляющим собой чугунное сопло, закрепленное с помощью кронштейна на корпусе конвертера. В нужный момент сопло, через которое идет воздух под давлением, поворотом кронштейна вводят в канал летки снизу, при этом запорный эффект создается сжатым воздухом.

Легирование стали

Выплавка легированных сталей в кислородных конвертерах сопряжена со значительными трудностями, поскольку большинство легирующих элементов нельзя вводить в конвертер из-за возможности их полного или частичного окисления, а в случае ввода в ковш количество добавок ограничено, так как возможно чрезмерное охлаждение жидкой стали и неравномерное распределение вводимых элементов в объеме жидкого металла. Не представляет сложности легирование лишь теми элементами, у которых химическое сродство к кислороду меньше, чем у железа, и которые при введении в конвертер не окисляются (никель, медь, молибден, кобальт); их чаще всего вводят в конвертер в составе шихты. Легирование другими элементами осуществляют в ковше следующими методами.

Легирование твердыми ферросплавами.

Легирование твердыми ферросплавами. Это наиболее широко применяемый и простой метод. В цехах, где нет установок внепечной обработки стали, все легирующие вводят в ковш во время выпуска металла. При этом ферросплавы с элементами, обладающими высоким химическим сродством к кислороду, а также с ванадием и ниобием вводят в ковш после дачи всех раскислителей. Часто применяемый для легирования хром вводят иногда в виде феррохрома, но лучше использовать экзотермический феррохром, растворение которого в жидком металле идет без затраты тепла, или силикохром, более легкоплавкий, чем феррохром, и требующий меньших затрат тепла на растворение.

Определяя расход ферросплавов, учитывают, что часть легирующих элементов угорает (окисляется и испаряется). Величину угара каждого элемента, которая тем выше, чем выше сродство элемента к кислороду, определяют опытным путем, обобщая результаты ранее проведенных плавок.

Из-за возможного охлаждения жидкой стали и неравномерного при этом распределения элементов количество вводимых добавок ограничено и этим методом получают низколегированные стали с общим содержанием легирующих элементов не выше 2—3 %.

В цехах с установками внепечной обработки (доводки стали в ковше, вакуумирования) легирующие вводят так же, как и раскислители, в последовательности, определяемой их химическим сродством к кислороду. В ковш при выпуске вводят ферросплавы, содержащие элементы со сравнительно не-высоким сродством к кислороду (Сг, Мп и реже V, Si ). При выпуске производят отсечку конвертерного шлака и в ковше наводят шлаковый покров (подробнее это описано в разделе “Раскисление”), защищающий металл от окисления и охлаждения, после чего ковш передают на установку внепечной обработки. Здесь в объем перемешиваемого металла вводят алюминий и сплавы с другими элементами, обладающими высоким сродством к кислороду.

Для повышения степени усвоения широкое применение на-шел способ введения алюминия в объем металла в виде проволоки с помощью трайб-аппарата; ряд других элементов рекомендуется вдувать в металл в струе аргона (например, кальций), вводить в виде проволоки, имеющей стальную оболочку и наполнитель из легирующего элемента.

В процессе внепечной обработки отбирают пробы металла и на основании результатов анализа проводят корректировку содержания вводимых легирующих элементов. Благодаря перемешиванию металла в процессе внепечной обработки, равно-мерное распределение элементов в объеме ковша достигается при введении добавок в количестве до 3—4 %.

Никель  и  медь, химическое сродство которых  к  кислороду  ниже,  чем  железа,  в  присутствии  жидкого  железа  не  окисляются,  поэтому  их  вводят  во  время  завалки  в  виде  отходов  (лома),  сплавов  или  чистого  металла.

Марганец  вводят  в  ковш  в  виде  силикомарганца  или  ферромарганца.  При содержании  в  стали  > 1 ,2 %  Мп  рекомендуется  использование  жидких  или  экзотермических  ферросплавов.

Кремний  для  легирования  вводят  в  ковш в виде силикомарганца и 65 %- п 75 %-ного ферросилиция.

Хром  рекомендуется  вводить  в  ковш  в  виде  жидкого  или  экзотермического  феррохрома  и  твердого  силикохрома.  Допускается  введение  в  ковш  феррохрома,  но  с  обязательным  последующим  усреднением  металла  продувкой  в ковше  аргоном.

Ванадий.  Ферросплавы,  содержащие  ванадий,  следует  вводить  в  ковш  при  выплавке  спокойных  сталей  после  присадки  марганца, кремния  и  алюминия;  при  выплавке  кипящей стали — после  присадки  марганца  и  при  выплавке полуспокойной — после  присадки  марганца  и  кремния.

Алюминий  вводят  в  ковш  в  виде  чушек  после  присадки  марганца  и  кремния.  Разрешается  введение  алюминия  в  виде чушек  и  блоков,  при помощи  штангй  во  время  и  после  выпуска  с обязательной  последующей  продувкой  металла в  ковше  аргоном.

Титан.  Прокаленный  ферротитан  присаживают  в  ковш  после  введения  алюминия.  Допускается  введение  в  ковш  отходов  титана  и  титановой  губки.

Ниобий.  Феррониобий  для  легирования  спокойной  стали  вводят  в  ковш  после  присадки  алюминия;  для  легирования  полуспокойной  стали — после  присадки  ферросилиция  или  силикомарганца.

Фосфор.  Для  легирования  фосфором  в  ковш  после  присадки  марганца  и  кремния  вводят  феррофосфор,  фосфористый  ферромарганец  или  ферромарганфосфор.

Сера.  Серу  для  легирования  рекомендуется  вводить  в  ковш  в  пакетах  одновременно  с  другими  ферросплавами.

Азот.  Для  легирования  азотом  используют  азотированные  марганец,  феррохром  или  феррованадий,  которые  вводят  в  ковш  после  присадки  всех  раскислителей  и  легирующих.

Силикокальций  следует  вводить  в  ковш в  порошкообразном  виде  вдуванием  в  струе нейтрального газа.  Разрешается  введение силикокальция  в  ковш  кусками  размером  10— 50  мм  после  дачи  всех  остальных  раскислителей.

Редкоземельные  металлы  (РМЗ)  рекомендуется  вводить  в  виде  силицидов  РМЗ  кусками  в ковш после присадки  всех  раскислителей  и легирующих, либо присадкой в ковш при продувке  металла аргоном, либо в порошкообразном  виде в струе нейтрального газа в ковш

Легирование жидкими ферросплавами.

Способ заключается в том, что при выпуске стали из конвертера в ковш заливают легирующие добавки, предварительно расплавленные в индукционной или дуговой электропечи. Метод позволяет вводить в сталь большое количество легирующих, но обладает существенным недостатком — необходимо иметь в цехе дополнительный плавильный агрегат, что усложняет организацию работ в цехе.

Легирование экзотермическими ферросплавами.

Ферросплавы в виде брикетов вводят в ковш перед выпуском в него стали. В состав брикетов, помимо измельченных легирующих (феррохрома, ферромарганца и др.), входят окислитель (например, натриевая селитра), восстановитель (например, алюминиевый порошок) и связующие (каменноугольный пек и т.д.). При растворении брикетов в стали алюминий окисляется за счет кислорода, содержащегося в натриевой селитре; выделяющееся тепло расходуется на расплавление легирующих. Подобным методом с успехом вводят в сталь до 4 % легирующих элементов. Способ не нашел широкого применения из-за трудностей в организации производства брикетов.