Отчет по практике: Организация производства на Магнитогорском металлургическом комбинате в электросталеплавильном цехе
Окислительный период начинают с того, что из печи сливают 65...75 % шлака, образовавшегося в период плавления. Шлак сливают, не выключая ток, наклонив печь в сторону рабочего окна на 10...12°. Со шлаком удаляется часть фосфора, перешедшего в шлак за время плавления. После спуска шлака в печь подают шлакообразующие материалы: известь (1,0...1,5 %) и, при необходимости, плавиковый шпат, шамотный бой или боксит (0,1...0,2 %).
После образования в печи жидкоподвижного шлака в ванну в течение всего окислительного периода вводят порциями твердый окислитель с известью либо продувают металл кислородом. В течение периода печь наклонена в сторону рабочего окна для слива шлака. Кипение металла сопровождается вспениванием шлака, что способствует его сливу. Новую порцию окислителя дают после того, как интенсивность кипения металла уменьшается. Общий расход твердого окислителя составляет 3...6,5 %. Во избежание чрезмерного охлаждения металла порция окислителя не должна быть более 1 %. При использовании газообразного кислорода его вдувают в металл в течение 10...20 мин. с удельным расходом 3...15 м3 /т стали. В этом случае продолжительность окислительного периода удается сократить на 20...30 мин.
За время окислительного периода окисляется не менее 0,2...0,3 % углерода при выплавке высокоуглеродистой стали (содержащей более 0,6 % С) и 0,3...0,4 % при выплавке средне- и низкоуглеродистой стали. Одновременно окисляется марганец: всего за время плавления и окислительного периода окисляется 65...85 % от содержания марганца в шихте. Дефосфорация металла протекает по реакции:
2 [Р] + 5 (FeО) = 3 (СаО) = (ЗСаО·Р2 05 ) + 5 |Fе] + 767 290 Дж7моль.
Успешному протеканию этой реакции способствуют высокая окисленность и основность шлака, а также пониженная температура. Такие условия создаются при совместном использовании присадок твердого окислителя и извести. Полнота дефосфорации повышается в результате перемешивания металла и шлака при кипении и вследствие непрерывного обновления шлака.
Ускорение дефосфорации, повышение степени ее полноты и сокращение длительности окислительного периода достигаются при вдувании в ванну дефосфорирующих порошкообразных смесей в струе кислорода. Так, вдувание смеси молотых извести, железной руды и плавикового шпата в соотношении 7 : 2 : 1 в течение 5...8 мин. с расходом смеси 20...25 кг/т стали обеспечивает получение в металле фосфора в 1,5...2 раза меньше, чем при обычной технологии, и сокращение окислительного периода примерно на 50 %.
В окислительный период десульфурация получает ограниченное развитие из-за высокого содержания оксидов железа в шлаке. Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (S)/[S] менее 5. Всего за время плавления и окислительный период в шлак переходит 30...40 % серы, содержащейся в шихте.
Кипение металла (выделение пузырей СО) способствует удалению из него водорода и азота. Это важно еще и потому, что при высоких температурах в зоне действия электрических дуг наблюдается повышенная растворимость газов из-за диссоциации их молекул. Перемешивание металла пузырями газов ускоряет нагрев металла и выравнивание его температуры по объему ванны.
В конце окислительного периода шлак обычно содержит, %: 35...50 СаО; 10...20 SiO2 ; 6...15 МgO; 6...30 FеО; 2...6 Fе2 03 ; 4...12 МnО; 3...7 А12 03 ; 0,4...1,5 Р2 О5 . При этом содержание оксидов железа в шлаке зависит, главным образом, от концентрации углерода в металле: чем меньше содержится углерода, тем больше оксидов железа, и наоборот.
Окислительный период заканчивают сливом окислительного шлака полностью путем наклона печи (остатки шлака часто удаляют вручную с помощью деревянных гребков). Полное удаление шлака предотвращает восстановление из него фосфора в следующем периоде. Продолжительность окислительного периода составляет 30.. .90 мин.
Восстановительный период . В восстановительный период решаются следующие задачи: а) раскисление металла; б) удаление серы; в) доведение химического состава стали до заданного; г) корректировка температуры. Все эти задачи решаются параллельно.
Восстановительный период начинается с присадки в печь ферромарганца в количестве, необходимом для обеспечения содержания марганца в металле на нижнем уровне для выплавляемой стали. Затем дают ферросилиций из расчета введения в металл 0,10...0,15 % и алюминий в количестве 0,03...0,1 %. Эти присадки обеспечивают раскисление металла, получившее название осаждающее, так как раскислители вводятся непосредственно в жидкий металл.
Далее наводят шлак присадками извести, плавикового шпата и шамотного боя в соотношении 5 : 1 : 1 в количестве 2...4 % от массы металла. Через 10... 15 мин. на поверхности металла образуется жидкоподвижный шлак и начинается диффузионное раскисление металла. Для этого в течение 15...20 мин. в печь периодически вводят порции смеси из извести, плавикового шпата и молотого кокса в соотношении 8:2: 1 ; иногда присаживают один кокс. Далее в смесь вводят молотый 45 или 75 %-ный ферросилиций. Смесь состоит из извести, плавикового шпата, кокса и ферросилиция в соотношении 4:1:1:1; содержание кокса в этой смеси далее уменьшают. Порции раскислительной смеси, содержащей ферросилиций, дают с интервалом 10... 12 мин. Иногда вводят порцию чистого ферросилиция. На некоторых марках стали в конце восстановительного периода в состав раскислительной смеси вводят более сильные раскислители: молотый силикокальций и порошкообразный алюминий, а при выплавке ряда низкоуглеродистых сталей диффузионное раскисление ведут без кокса в составе раскислительных смесей.
Суть диффузионного раскисления, протекающего в восстановительный период, заключается в следующем. Так как раскислители применяют в порошкообразном виде, то плотность их невелика и они медленно опускаются через слой шлака. В шлаке протекают реакции раскисления:
(FеО) + С = Fе + СО; 2 (FеО) + Si = (SiO2 ) + 2 Fе и т.п.
В результате содержание FеО в шлаке уменьшается и в соответствии с законом распределения (FеО)/[FеО] = const кислород (в виде FеО) путем диффузии переходит из металла в шлак (диффузионное раскисление). По мере уменьшения содержания FеО в шлаке пробы застывшего шлака светлеют, а затем становятся почти белыми. Белый цвет шлака свидетельствует о низком содержании FеО в нем и высоком содержании СаО (оксид FеО имеет черный цвет). Преимущество диффузионного раскисления заключается в том, что продукты реакции остаются в шлаке и не загрязняют металл в качестве неметаллических включений.
Во время восстановительного периода успешно протекает десульфурация металла. Этому способствуют высокая основность шлака (СаО/SiO2 = 2,7...3,3) и низкое содержание FеО в шлаке (менее 0,5 %). Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (S)/[S] в восстановительный период составляет 20.. .50 и может доходить до 60.
Белый шлак конца восстановительного периода электроплавки имеет следующий состав, %: 53...60 СаО; 15...25 SiO2 ; 7... 15 Мg0; менее 0,5 FеО; менее 0,5 МnО; 5...8 Al2 03 ; 5...10 СаF2 ; 0,8...1,5 СаS.
Для улучшения перемешивания металла и шлака и интенсификации медленно идущих диффузионных процессов в восстановительный период применяют электромагнитное перемешивание, особенно на большегрузных печах.
Длительность восстановительного периода составляет 40... 100 мин. За 10..20 мин. до выпуска проводят при необходимости корректировку содержания кремния в металле, вводя в печь кусковый ферросилиций