Меню

Чем раскисляют сталь ферромарганец

Способы раскисления стали

Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.

Осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо.

В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: MnO, SiO2, Al2O5, которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.

Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. Следовательно, оксид железа, растворённый в стали переходит в шлак. Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество .

В зависимости от степени раскисления выплавляют стали:

· спокойные — спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.

· кипящие — кипящая сталь раскислена в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода: FeO + C = Fe + CO. Образующийся оксид углерода CO выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

· полуспокойные — полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично – в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа (Ni, Co, Mo, Cu), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (Si, Mn, Al, Cr, V, Ti), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.

Для обеспечения литейно-прокатного цеха подготовленным металлоломом в количестве 1110 тыс. т в год предусматривается сооружение участка подготовки лома (УПЛ).

Известково-обжигательный цех предназначен для обеспечения электро-сталеплавильного производства ЛПК металлургической известью.

Мощность комплекса известково-обжигательного цеха принята с запасом по сравнению с потребностью ЛПЦ, что предопределяет стабильное обеспечение этого цеха металлургической известью;

некоторый избыток извести будет реализовываться как товарная продукция.

Вместе с тем следует иметь ввиду, что печь типа Cimprogetty позволяет в достаточно широких пределах (70÷120 % от номинальной мощности) регулировать ее производительность в зависимости от потребности смежного производства.

Для обеспечения ЛПЦ подготовленным металлоломом в количестве 1110 тыс. т в год предусматривается сооружение отделения подготовки лома (ОПЛ). Выплавка стали в ЛПЦ ведется по трем вариантам шихтовки плавки (в зависимости от выплавляемой группы марок стали):

– вариант I: 100 % металлического лома;

– вариант II: 80 % металлического лома; 20 % чушкового чугуна;

– вариант III: 40 % металлического лома; 25 % чушкового чугуна; 35 % металлизованных брикетов.

Размер кусков металлического лома, направляемого в ЛПЦ, должен быть не более 1,5х0,5х0,5 м. Масса – не более 1 т.

По условиям технологии выплавки стали в ДСП, общий объем тяжеловесного скрапа не должен превышать 60 % от всей массы завалки.

Годовой фонд работы технологического оборудования отделения принят 300 суток.

В отделение поступают: оборотный лом (обрезь из ОНРС и прокатного цеха, скрап из ОНРС), подготовленный и неподготовленный стальной лом и чугун со стороны.

В составе отделения подготовки лома предусматривается сооружение двух пролетов – неподготовленного и подготовленного лома. Пролеты оснащены мостовыми специальными магнитными кранами г/п 32 т на траверсе в количестве 8 шт (по 4 шт в каждом пролете). Отметка подкрановых рельсов в пролетах +16,0 м. Каждый кран оснащен двумя съемными магнитами типа ДКМ200ТА. Грузоподъёмность по скрапу каждого магнита – 2,5÷3,0 т.

В пролете неподготовленного лома предусматривается организация двух участков огневой резки негабаритного лома с постами ручной газовой резки.

ЛПК первым в России освоил производство горячекатаного проката из тонких слябов (толщиной 70 и 90 мм) по наиболее экономичной технологии на основе совмещения непрерывной разливки и прокатки в едином технологическом процессе.

Литейно-прокатный комплекс является одним из первых в России промышленных объектов, экологические характеристики которого полностью соответствуют требованиям Евросоюза. Показатели выбросов от деятельности ЛПК в атмосферу составляют менее 5 мг на 1 кубический метр, что значительно ниже существующих экологических норм.

Читайте также:  Стали из дерева своими руками

Рисунок А — План расположения оборудования

Приложение Б

Источник

Раскисление и легирование стали в мартеновских печах

Сортамент мартеновской стали

Мартеновский про­цесс характеризуется большой гибкостью как по виду используемых исходных материалов, так и по сортамен­ту выплавляемых сталей. Относительно удобные условия налаживания контроля за состоянием ванны и составом металла и шлака, а также относительно большие воз­можности регулирования температуры ванны, особенно при использовании кислорода, позволяют выплавлять в мартеновских печах широкий сортамент углеродистых и легированных сталей.

Однако возможности высокого нагрева металла и получения в нем низкого содержания серы в мартенов­ской печи ограничены по сравнению с электропечами. Поэтому несколько и ограничен сортамент высоколегированных сталей, выплавляемых в мартеновских печах.

В мартеновских печах выплавляют все группы сталей по степени раскисленности: кипящие, спокойные и полуспокойные.

Раскисление стали

Основными элементами-раскислителями, используемыми при мартеновском процессе, являются марганец, кремний и алюминий. Первые два элемента преимущественно используются в виде сплавов с железом -ферромарганца и ферросилиция, а алюми­ний — в виде чистого металла.

Раскисление спокойной стали обычно осуществляют в два приема. Поэтому и раскисление разделяется на предварительное и окончательное. Предварительное рас­кисление металла осуществляют в печи низкопроцентным ферросилицием из расчета введения в металл 0,15— 0,25% и ферромарганцем. Иногда для предваритель­ного раскисления используют комплексный сплав – силикомарганец. Предварительное раскисление продолжает­ся 10—15 мин, после чего металл выпускают в ковш. Угар кремния при предварительном раскислении состав­ляет 60—80%.

Окончательно металл раскисляют путем присадки богатого ферросилиция (45—75% Si) и алюминия на струю металла в момент его выпуска в ковш. Расход ферросилиция должен обеспечить получение заданного содержания кремния в металле, а расход алюминия со­ставляет 300—600 г/т в зависимости от марки стали.

Характер изменения содержания кислорода в метал­ле и элементов-раскислителей при предварительном и окончательном раскислении малоуглеродистой стали представлен на рис. 140.

Для сокращения продолжительности раскисления в печи и снижения расхода ферросилиция предварительное раскисление осуществляют только ферромарганцем. Ме­талл в этом случае продолжает кипеть и его выпускают в ковш.

Окончательно металл раскисляют в ковше.

Для получения нормального слитка кипящей стали необходимо, чтобы металл в изложнице продолжал энергично кипеть в течение 10—15 мин после заполнения из­ложницы в результате окисления углерода. В этом слу­чае пузыри СО успевают всплывать быстрее, чем металл затвердевает. В слитке образуется плотная поверхност­ная корка металла толщиной 8—20 мм, которая обеспе­чивает нормальный нагрев и прокатку слитков без вскрытия внутренних пузырей. Подобное кипение обес­печивается при раскислении кипящей стали одним фер­ромарганцем, присаживаемым чаще всего в ковш. Полуспокойную сталь раскисляют марганцем и небольшим количеством кремния, который вносится в металл в процессе выпуска ферросилицием.

Раскисление кальцием

Раскислительная способность кальция намного выше, чем у прочих раскислителей, включая алюминий, поэтому введенный в металл каль­ций взаимодействует не только с растворенным кислородом, но и с находящимися в стали продуктами раскисления, включая SiO2 и Al2O3, восстанавливая их. Наблюдается также восстановление крем­ния и алюминия из шамотной футеровки разливочного ковша. При ис­пользовании кальция в качестве раскислителя приходится учитывать низкую температуру испарения кальция (1490 °С) и его небольшую растворимость в железе (менее 0,03 %). Введенный в металл кальций испаряется и взаимодействует с расплавом в парообразном состоянии. Степень полезного использования вводимого в металл кальция неве­лика из-за малой скорости и малого времени взаимодействия паров кальция с компонентами металлического расплава. Чтобы поднять степень действия кальция, его используют в виде соединений (карбид кальция СаС2) или сплавов с кремнием (силикокальций) и с кремнием и алюминием.

При раскислении металла кальцием в промышленных условиях обычно образуются сложные продукты раскисления, доволь­но легко удаляющиеся из металла. В результате взаимодействия каль­ция с включениями глинозема в металле образуются алюминаты каль­ция типа nCaO • mAl2O3 с относительно низкой температурой плавле­ния, находящиеся в стали в жидком виде и довольно легко из нее удаляющиеся.

Некоторое (небольшое) количество таких включений оста­ется в стали в виде сравнительно мелких механически прочных вклю­чений шаровидной формы (глобулярные включения), не меняющих форму при обработке давлением, что в ряде случаев положительно влияет на служебные свойства стали. Для наиболее эффективного ис­пользования кальция его вводят в достаточно глубоко раскисленный металл (после алюминия). В таком случае кальций частично взаимо­действует с кислородом, а частично— с серой, связывая ее в прочные тугоплавкие сульфиды СаS, почти не влияющие на уровень металли­ческих свойств стали. Наиболее высокое усвоение кальция обеспечи­вается при введении его в жидкий металл в виде проволоки, получен­ной закатыванием порошка силикокальция или карбида кальция в стальную ленту. Возможен вариант с вдуванием порошка силико­кальция в металл в струе инертного газа, желательно в нижнюю часть ковша.

Читайте также:  Человек из стали 202

Раскисление марганцем

Марганец — очень слабый раскислитель. Он не обеспечивает получения необходимого низкого уровня окисленности стали. Введение марганца в металл при раскислении вызвано тем, что межфазное натяжение на границе металл – жидкое включение МnО невелико, в результате чего облегчается выделение включений и увеличивается скорость удаления кислорода. Кроме того, марганец уменьшает вредное влияние серы на свойства стали, увеличивает прокаливаемость стали и повышает прочность металла.

Легирование стали

Легирующие элементы, чаще все­го в виде сплавов, вводят в металл в различные момен­ты плавки в зависимости от их сродства к кислороду и расхода. Элементы, практически неокисляющиеся в мар­теновской ванне (никель, молибден), часто вводят в период завалки или после расплавления. Вместе с тем элементы, имеющие очень большое сродство к кислоро­ду, например титан, ванадий и др., вводят в ковш после добавок в металл богатого ферросилиция и алюминия.

Такие элементы, как хром, марганец (для легирова­ния), сродство которых к кислороду относительно неве­лико, а масса присаживаемых сплавов большая, вводят после предварительного раскисления в печь. Это обес­печивает хорошее расплавление ферросплавов и позво­ляет нагреть металл до необходимой температуры. Вы­держка металла после легирования этими элементами достигает 20—30 мин, что отрицательно влияет на стой­кость футеровки печи и технико-экономические показа­тели мартеновской плавки. Поэтому все шире находят применение экзотермические сплавы, которые в виде брикетов загружают на дно ковша до выпуска плавки. При термичности брикетов больше 1750 кДж/кг (420 ккал/кг) имеется возможность ввести в сталь мар­ганец или хром в количестве 1,5% без заметного влияния на тепловой баланс этого периода плавки. Одновремен­но возрастает усвояемость легирующего элемента, сокра­щается длительность плавки.

Источник

Спо­собы раскисления стали

Во всех способах производства стали — мартеновском, конвертерном, электросталеплавильном —по ходу плавки по мере выгорания примесей (кремния, марганца и углерода) имеет место постепенное повышение содержания кислорода. В конце окислительного периода плавки содержание растворенного кислорода в жидком металле определяется в основном концентрацией углерода, причем максимальных значений кислород достигает при низком содержании углерода. Задачей раскисления является снижение концентрации растворенного кислорода и возможно полное удаление из металла продуктов раскисления. Оставшийся в металле кислород в неактивной форме в гораздо меньшей степени сказывается на ухудшении свойств готовой стали.

В металлургической практике применяются следующие способы раскисления стали:

  • осаждающее раскисление;
  • диффу­зионное раскисление;
  • раскисление синтетическими шлаками;
  • раскисление в вакууме.

Осаждающее раскисление является наиболее распространенным способом, при котором снижение концентрации растворенного в жидком металле кислорода достигается связыванием его элементами-раскислителями (Mn, Si, Ti, Zr, Al, Ca, РЗМ), обладающими большим сродством к кислороду, чем железо.

При присадке раскислителя Е в металле имеет место взаимодействие х [O] + у [Е] = EyOX (г, ж, тв) с образованием окисла элемента-раскислителя в газообразном, жидком или твердом состоянии, нерастворимого в стали. Степень понижения концентрации растворенного кислорода обусловлена раскислительной способностью элемента-раскислителя, обычно определяемой концентрацией растворенного в жидком железе кислорода, находящегося в равновесии с определенной концентрацией элемента-раскислителя. С увеличением сродства элемента-раскислителя к кислороду растет его раскислительная способность.

Термодинамические данные реакций раскисления приведены в табл.

Образующиеся продукты раскисления в силу их меньшей плотности в той или иной степени удаляются из металла. Полнота очищения жидкой стали от продуктов раскисления зависит от величины, состава и физико-химических свойств частиц, способности их к укрупнению, от вязкости и температуры металла. Наиболее благоприятные условия для укрупнения частиц и их всплывания из жидкой стали создаются при образовании жидких, легкоплавких продуктов раскисления, что свойственно окислам элементов (марганца, кремния) с низкой раскислительной способностью. С повышением раскислительной способности элементов (алюминия, титана, циркония) обычно повышается температура плавления частиц; целесообразно применение комплексных раскислителей Si—Mn, Si—Ca, Ca—Al, Al—Mn—Si, Al—Si—Ca и др.), при действии которых образуются сравнительно легкоплавкие, способные к укрупнению и быстрому всплыванию продукты раскисления.

Наиболее широко в качестве раскислителей применяются марганец, кремний (в виде ферросплавов) и алюминий. Марганец является сравнительно слабым раскислителем, однако он применяется при раскислении всех сталей и незаменим при производстве кипящей стали. При раскислении марганцем, в зависимости от его содержания в жидкой стали образуются растворы х MnO • у FeO в твердом или жидком состоянии. По мере повышения остаточного марганца в металле возрастает MnO в продуктах раскисления, вплоть до образования свободной MnO.

Читайте также:  Что было бы если люди стали легче как пушинки

Кремний — более сильный раскислитель. Продуктами раскисления кремния, при повышении содержания его в стали являются жидкие силикаты железа вплоть до твердого кремнезема. При совместном раскислении марганцем и кремнием образуются силикаты марганца и железа, состав которых зависит от соотношений концентрации марганца, кремния и кислорода. В присутствии марганца раскислительная способность кремния повышается.

Алюминий является весьма активным раскислителем. При введении алюминия в избытке, что обычно имеет место в практике раскисления, образуются твердые мелкодисперсные частицы глинозема. При малой добавке алюминия в металл образуются частицы FeО-Аl2O3.

Диффузионное раскисление, основанное на законе распределения закиси железа между металлом и шлаком, сводится к раскислению шлака. Уменьшение концентраций FeO в шлаке за счет его раскислении вызывает диффузию кислорода из металла в шлак до равновесного распределения между обеими фазами при данной температуре.

Раскисление шлака практически осуществляется путем введения на его поверхность порошкообразных раскислительных смесей, содержащих кокс, древесный уголь, ферросилиций, алюминий. При диффузионном раскислении металл не загрязняется продуктами раскисления, но для его осуществления необходимы восстановительная атмосфера и длительное время, что сопряжено с понижением производительности печи. Этот способ раскисления применяется при плавке высококачественной стали в электродуговых печах, где без особых затруднений можно создавать восстановительную атмосферу.

Раскисление стали синтетическими шлаками (кислыми или основными с малым содержанием FeO) также основано на экстрагировании FeO из металла в соответствии с законом распределения. При этом способе раскисления сталь выливается в ковш с жидким синтетическим шлаком. Благодаря эмульгированию шлака раскисление протекает с большой скоростью. При обработке стали синтетическими основными шлаками, кроме раскисления, возможно обессеривание металла.

Практика раскисления. В зависимости от степени раскисленности стали различают кипящую, полуспокойную и спокойную сталь.

Кипящая сталь — частично раскисленная (марганцем и углеродом) сталь, застывающая в изложницах с обильным выделением газов, являющихся в основном (до 90% СО) продуктом взаимодействия растворенных в жидком металле углерода и кислорода. Интенсивность газовыделения предопределяет строение и качество слитка кипящей стали. Кипящую сталь выплавляют в мартеновских печах и конвертерах с содержанием углерода от 0,02 до 0,27 и редко до 0,35% и содержанием марганца до 0,6%. Основным раскислителем кипящей стали является углеродистый 75%-ный ферромарганец, который вводится в печь или в ковш. Экономически более целесообразно раскисление в ковше, при этом снижается расход ферромарганца (до 25%) и сокращается продолжительность плавки (на 5—15 мин). Угар марганца при раскислении в ковше составляет 20—40%, при раскислении в печи до 35—70%.

Полуспокойная сталь по степени раскисленности занимает промежуточное место между кипящей и спокойной сталью. Количество раскислителей, добавляемых в металл, недостаточно для полного предотвращения выделения газов, поэтому в слитке полуспокойной стали наблюдаются газовые пузыри и слаборазвитая усадочная раковина.

Полуспокойная сталь выплавляется в мартеновских печах и конвертерах, она содержит 0,1—0,3% С; 0,35—0,85% Mn и до 0,15% Si. Раскисление полуспокойной стали производится частично в печи (ферромарганцем, доменным ферросилицием) и затем в ковше (ферросилицием, карбидом кремния, алюминием, ферротитаном) или же только в ковше. Иногда добавляют небольшое количество алюминия (0,02—0,5 кг/т) в изложницу, вводя его в центровую в процессе разливки.

Спокойная сталь раскисляется избытком сильных раскислителей, исключающим возможность взаимодействия растворенного кислорода с углеродом во время охлаждения и затвердевания металла в изложнице.

Многообразные по химическому составу марки спокойной стали производятся в мартеновских и электродуговых печах и конвертерах.

Практика раскисления спокойной стали весьма различна. Во всех методах стремятся получить хорошо раскисленную сталь с минимально возможным содержанием оксидных включений, наличие которых сильно сказывается на качестве металла. На загрязненность стали оксидными включениями определенным образом влияет способ и последовательность введения раскислителей. В качестве раскислителей применяются углеродистый и малоуглеродистый ферромарганец, зеркальный чугун, доменный и 45%-ный ферросилиций, силикомарганец, алюминий, ферроалюминий, силикокальций, силикоалюминий, альсикаль, карбид кремния, силикоцирконий и др. Предварительное раскисление производится в печи слабыми раскислителями, более сильные вводятся в ковш. Иногда сталь раскисляют в ковше, без предварительного раскисления кремнием в печи.

Для уменьшения загрязненности стали оксидными включениями и для более равномерного их распределения в последнее время применяют введение алюминия, силикокальция или альсикаля в ковш при помощи специальных трубок. Предложен также метод раскисления стали в ковше жидким алюминием.

Источник

Adblock
detector