Электрометаллургия

Шлакообразующие материалы и окислители

В основных 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% CaO и ≤4% MgO и ≤1% SiO2. Желательно, чтобы содержание серы и фосфора было минимальным. Известняки Еленовского месторождения, снабжающего заводы Украины, содержат 0,01% S и 0,14% P, известня­ки Тургоякского месторождения на Южном Урале — 0,08% P и 0,05% S.

Известняк в основных электропечах применяют ред­ко. Как правило, используют свежеобожженную известь размером кусков ≥10 мм. Известь получают путем об­жига известняка в шахтных или трубчатых вращающих­ся печах.

Состав извести, кроме содержания серы, определяет­ся в основном составом известняка. Сера может посту­пать из топлива, особенно при использовании кокса в ка­честве топлива. При обжиге извести в газовых печах со­держание серы заметно уменьшается. Обожженная из­весть имеет следующий химический состав: 88—93% CaO; 2% MgO; 2% SiO2 и 3% (Fe2O3+Al2O3); ≤0,1 % S; 3— 5% CO2. Чем выше содержание CaO и ниже содержание кремнезема в серы, тем выше качество извести, так как при высоком содержании кремнезема возрастает коли­чество шлака в печи.

Большую роль играет температура обжига, так как при 900- 1000° С известь получается пористой, рыхлой и, быстро поглощая влагу из воздуха, рассыпается в по­рошок («пушонка»); известь, полученная при 1200— 1300° С, более плотная и меньше поглощает влагу. Пере­возить известь от обжиговых печей в электросталепла­вильный цех следует в контейнерах, а хранить ее разре­шается только в закрытых складах или бункерах в те­чение 2 сут. При продолжительном хранении обожжен­ная известь «гасится» в связи с протеканием реакции CaO+H2O = Ca(OH)2. Влага, внесенная из воздуха в электропечь известью, обогащает металл водородом.

Боксит и плавиковый шпат

Для наведения достаточ­но жидкоподвижного высокоизвестковистого шлака ис­пользуют боксит и плавиковый шпат. Для электросталей плавильного производства необходимо применять бокси­ты, содержащие ≥50% Al2O3, с отношением Al2O3:SiO2≥12. Перед загрузкой в печь боксит необходимо просушить, а иногда и прокалить, так как он содержит до 20—30% влаги. Большой расход боксита, необходи­мый для разжижения высокоизвесткового шлака, увели­чивает общее количество шлака, что затрудняет ведение процесса. Поэтому чаще в электропечах для разжиже­ния шлака используют плавиковый шпат, хотя он реже встречается в природе и его стоимость значительно вы­ше. Основная составляющая плавикового шпата — фто­ристый 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 ≥85% СаF2, и лишь в исключительных случаях допускается исполь­зование шпата, содержащего ≥75% СаF2. Для разжи­жения шлака иногда применяют бой шамотного кирпи­ча, содержащего 30—35% Al2O3. Кварцевый песок (>95% SiO2) используют преимущественно 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 для продувки ванны, должен быть осушен. Применение неосушенного кислорода приводит к повышению содержания водорода на 1—2 см3 на 100 г. металла и, как следствие, к усилению некоторых поро­ков в стали, в первую очередь флокеночувствительности.

Твердые окислители

Окислители, используемые в электросталеплавильных печах, должны иметь большую плотность, высокое содержание оксидов железа при низ­ком содержании кремнезема, присутствие которого при­водит к образованию большого количества шлака, а так­же низкое содержание серы и фосфора. Таким требова­ниям соответствует кусковая мартеновская руда (маг­нитный железняк) крупностью 40—150 мм, содержащая ~75% Fe2O3, 15% FeO, 6—8% SiO2, 0,05% S и 0,2% P.

В связи с дефицитом высококачественной мартенов­ской руды в качестве заменителей применяют доменные железные руды с содержанием ~80% Fe2O3 и до 15% SiO2, а также агломерат, окатыши и т. п.