Разработка технологии выплавки заданной марки конструктивной стали в кислой и основной электродуговых печах с окислением

7. Определяем суммарное количество передельного чугуна и стального лома в шихте.

 

 

8. Определяем суммарное количество углерода, вносимого чугуном и ломом

 

 

 

9. Определяем количество передельного чугуна в шихте и количество углерода вносимого чугуном.

В качестве передельного чугуна выбираем чугун марки ПЛ1 (группы 1, класса А, категории 2) ГОСТ 805 - 95, который содержит:

С=4,0-4,5%; Si=0,9-1,2%; Мn=0,3-0,5%; Р< 0,08%; S<0,02%.

Для расчета принимаем:

С=4,3%; Si =1%; Mn=0,4%; Р = 0,08%; S = 0,02%.

 

 

 

 

 

Принимаем, что  лом стальной соответствует стали  25JI, содержащий С=0,22-0,30%, Мn=0,45-0,9%; Cr<0,3%; Si=0,20-0,52%; Р< 0,04%; S<0,04%.

Для расчетов принимаем:

С=0,26%; Mn=0,70%; Cr=0,3%; Si=0,35%; Р= 0,04%; S=0,04%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Определим количество стального лома в шихте и количество углерода вносимого им.

 

 

 

 

11. Определяем количество элементов вносимых возвратом, стружкой стальной, стружкой чугунной, пакетами стали, передельным чугуном и стальным ломом.

Возвратом вносится:

 

 

 

 

 

 

 

 

Стружкой чугунной:

 

 

 

 

Стружкой стальной:

 

 

 

 

 

 

Пакетами стали:

 

 

 

 

 

 

Чугуном передельным:

 

 

 

 

Лом стальной:

 

 

 

 

 

 

Всего шихтой вносится:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Определяем угар элементов  из шихты

 

Угар кремний Si - 15%.

Угар марганца Мn - 10%.

Угар молибдена Мо - 6%.

Угар хрома Cr - 20%.

С =0,3% от металлозавалки.

Угар углерода составляет:

 

 

Перешло в сталь : 

Угар кремния из завалки:

 

 

 

Перешло в сталь : 

         Угар марганца:

 

 

 

Перешло в сталь: 

Угар хрома:

 

 

 

Перешло в сталь: 

 

Угар молибдена:

 

 

 

Перешло в сталь: 

 

13. Доводка стали  по химическому составу сводится  к определению количества раскислителей  и легирующих.

 

Требуемое количество кремния в стали

 

С учетом остатков кремния в металлозавалке необходимо ввести в виде ферросплавов 8,63 кг. Используем для этих целей ферросилиций ФС70 (ГОСТ 1415-93), содержащий С=0,1%; Si=70%; Mn=0,4; Cr=0,4%; P=0,04%; S=0,02.

 

 

 

0,9 степень усвоения  кремния из ферросплавов в  основной печи 

 

Требуемое количество марганца:

 

 

С учетом остатков марганца в металлозавалке необходимо ввести в виде ферросплавов 4,25 кг. Используем для этих целей ферромарганец ФМн90 ГОСТ 4755- 91, содержащий С=0,5%; Si=l,8%; Р=0,05 - 0,3%; S=0,02%; Мn=90%;.

 

 

 

Требуемое количество молибдена:

 

 

 

С учетом остатков молибдена в металлозавалке необходимо ввести в виде ферросплавов 15,2 кг. Используем для этих целей ферромолибден ФМо60 ГОСТ 4759- 89, содержащий С=0,05%; Si=0,8%; Р=0,05 %; S=0,1%; Мо=60%.

 

 

 

Требуемое количество марганца:

 

 

С учетом остатков хрома в металлозавалке необходимо ввести в виде ферросплавов 56.05 кг. Используем для этих целей феррохром низкоуглеродистый ФХ001А ГОСТ 4757- 91, содержащий С=0,01%; Si=0,8%; Р=0,02%; S=0,02%; Cr=68%;.

 

 

 

14. Находим массу основных  элементов и примесей, которые  вносятся с ферросплавами с  учетом их угара.

 

ФС70

 

 

 

 

 

 

ФМn90

 

 

 

 

 

ФМо60

 

 

 

 

 

ФХ001А

 

 

 

 

 

 

15. Определим угар легирующих элементов из ферросплавов.

 

Общее содержание марганца в ферросплавах:

 

Угар 

 

 

Общее содержание кремния  в ферросплавах:

 

 

 

Угар  

 

Общее содержание молибдена в ферросплавах:

 

 

 

Угар  

 

Общее содержание хрома в ферросплавах:

 

 

 

Угар  

 

Перешло легирующих элементов  в сталь из ферросплавов:

С = 0.054 кг.

Мn = 4.67 - 0.23=4.44 кг.

Si = 11.04 - 0.55 = 10.49 кг.

Cr = 56.03-5.6 = 50.43 кг.

Mo = 15.18 – 2.28 = 12.9 кг.

 

Всего в стали:

С=35+0.054=35.05 кг.

Мn = 55.75+4.44 = 60.19 кг.

Si =26.37+10.49=36.86 кг.

Mo=9.4+12.9=22.3 кг.

Cr=43.95+50.43=94.38 кг.

 

16. Проверяем расчет содержания основных компонентов в стали 35ХМЛ

 

35ХМЛ

С

10025,87 -100%

35,05            - Х%

X = 0,35%

 

Мn

10025,87      -100%

 60,19            -Х%

 Х= 0,6%

 

Si

10025,87    -100%

36,86             -Х%

Х=0,37%

 

Mo

10025.87    -100%

22.3            -X%

X=0,22%

 

Cr

10025.87       -100%

94.38            -X%

X=0.94%

 

Содержание элементов  в шихте соответствует составу  стали 35ХМЛ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2  Описание  технологии выплавки стали в  основной печи с окислением.

 

Плавка состоит из следующих  периодов:1) заправка печи; 2) загрузка шихты; 3) плавление; 4) окислительный период; 5) восстановительный период; 6) выпуск стали.

Заправка  печи. Заправка - это исправление изношенных и поврежденных участков футеровки пода. После выпуска очередной плавки с подины удаляют остатки металла и шлака. На поврежденные места подины и откосов забрасывают магнезитовый порошок или же магнезитовый порошок, смешанный с каменноугольным пеком (связующим). Длительность заправки 10 - 15 мин.

Загрузка  шихты. Загрузку шихты ведут бадьями или корзинами, а в некоторых старых печах небольшой емкости - завалочными машинами.

Плавление. После окончания завалки электроды опускают почти до касания с шихтой и пускают ток. Под действием высокой температуры друг , шихты под электродами плавиться, жидкий металл стекает вниз, накапливаясь в центральной части подины. Электроды постепенно опускаются, проплавляя в шихте «колодцы» и достигают крайнего нижнего положения. В дальнейшем по мере увеличения количества крайнего нижнего положения. В дальнейшем по мере увеличения количества жидкого металла электроды поднимаются, так как автоматические регуляторы поддерживают длину дуги постоянной.

В начале периода расплавления дуги горят большую часть времени  в холодной шихте, при этом свод и  стены печи защищены от прямого . излучения  дуг. Поэтому в этот период используется полная номинальная (максимальная) мощность печного трансформатора. Режим горения  дуг в этот период крайне нестабильный, окруженные холодной шихтой дуги горят  неустойчиво, длинна их очень мала (10...25 мм), они легко перебрасываются  с одного куска на другой, результате чего возникают резкие колебания  мощности. В конце периода плавления  длинна дуг увеличивается. Расплавленная  поверхность ванны отражает значительную энергию на свод и стены, поэтому  для защиты кладки от сильного излучения  мощность печного трансформатора снижают  на 20...30%.

Для ускорения плавления  куски нерасплавившейся шихты с  откосов следует сталкивать в  зону электрических дуг. В период плавления необходимо обеспечить раннее образование шлака, предохраняющего  металл от насыщения газами и науглероживания  электродами. С этой целью, если в  завалку не давали известь, в проплавляемые  электродами колодцы несколькими  порциями присаживают известь (1-3%  от массы металла).

Во время плавления  происходит частичное окисление  составляющих шихты, формируется шлак, происходит частичное удаление в  шлак фосфора и серы. Окисление  примесей осуществляется за счет кислорода  воздуха, окалины и ржавчины, внесенных  металлической шихтой.

За время плавления  полностью окисляется кремний, 40 — 60% марганца, частично окисляется углерод  и железо. В формирование шлака  наряду с продуктами окисления (SiO₂, MnO, FeО) принимает участие окись кальция, содержащаяся в извести. Шлак к концу периода плавления имеет примерно следующий состав, %: 35-50 СаО; 15-25 SiO₂; 8-15 MgO;5-10 MnO; 3-7 Al₂O₃; 0,5-1,2 P₂O₅. Низкая температуры и наличие основного железистого шлака благоприятствует дефосфации. В зоне электрических дуг за время плавления испаряется от 2 до 5% металла, преимущественно железа.

Для ускорения плавления  иногда применяют газо-кислородные  горелки, вводимые в рабочее пространство через свод или стенки печи. За счет теплоты, выделяющейся от сжигания газа, сокращается длительность плавления  и расход электроэнергии (на 10-15%).

Для уменьшения продолжительности  плавления часто применяют продувку кислородом, вводимым в жидкий металл после расплавления 3/4 шихты с помощью фурм или стальных футерованных трубок. Окисление железа, а также марганца, кремния и других примесей металла газообразным кислородом протекает с выделением значительного количества теплоты, которое ускоряет расплавление остатков металлического лома. При расходе кислорода 4-6 м/т длительность плавления определяется в первую очередь мощностью трансформатора и составляет от 1,1 до 3,0 ч. Расход электроэнергии за время плавления составляет 400- 480 кВт∙ч/т. В конце периода плавления длинна дуг увеличивается. Расплавленная поверхность ванны отражает значительную энергию на свод и стены, поэтому для защиты кладки от сильного излучения мощность печного трансформатора снижают на 20...30%.

Окислительный период. Задача окислительного периода плавки:

а) уменьшить содержание в металле фосфора до 0,01-0,015%;

б) уменьшить содержание в металле водорода и азота;

в) нагреть металл до температуры близкой к температуре выпуска (на 120-130°С выше температуры ликвидуса).

Наряду с этим за время  периода окисляется углерод до нижнего  предела его требуемого содержания в выплавляемой стали. За счет кипения (выделения пузырьков СО при окислении  углерода) происходит дегазация металла  и его перемешивание, что ускоряет процессы дефосфорации и нагрева.

Окислительный период начинается 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°С. Слив шлака производят для того, чтобы удалить из печи перешедший в шлак фосфор. Удалив шлак, в печь присаживают шлакообразующие: 1-1,5% извести и при необходимости 0,15-0,25% плавикового шпата, шамотного боя или боксита.

После сформирования жидкоподвижного  шлака в ванну в течение  всего окислительного периода вводят порциями железную руду с известью либо ведут продувку кислородом; печь для слива шлака в течении  периода наклона в сторону  рабочего окна.

При кипении вместе с пузырьками СО из металла удаляются водород  и азот. Этот процесс имеет большое  значение для повышения качества электростали, поскольку в электропечи  в зоне электрических дуг идет интенсивное насыщение металла  азотом и водородом. Это насыщение  ускоряется в результате диссоциации  молекул азота и водорода в  зоне дуг, имеющих температуру свыше 3000 °С. В связи с этим электросталь обычно содержит азота больше, чем  мартеновская и кислородно-конвертерная сталь.

Кипение и перемешивание  обеспечивает также ускорение выравнивания температуры металла и его  нагрев. За время окислительного периода  необходимо окислить углерода не менее 0,2-0,3% при выплавке высокоуглеродистой стали (содержащей более 0,6% С) и 0,3-0,4% при выплавке средне- и низкоуглеродистой стали (нижний предел указанных значений относится к большегрузным печам).

Окислительный период заканчивается  тогда, когда углерод окислен  до нижнего предела его содержания в выплавляемой марке стали, а  содержание фосфора снижено до 0,010-0,015%. Период заканчивают сливом окислительного шлака, который производят путем наклона печи в сторону рабочего окна, а также вручную с помощью деревянных гребков, насаженных на длинные металлические прутки. Полное скачивание окислительного шлака необходимо, чтобы содержащийся в нем фосфор не перешел обратно в металл во время восстановительного периода. Окислительный период длится от 30 до 90 минут.

Восстановительный период. Задачами периода являются:

а) раскисление металла;

б) удаление серы;

в) доведение химического состава стали до заданного;

г) корректировка температуры.

Все эти задачи решаются параллельно в течении всего  восстановительного периода; раскисление  металла производят одновременно осаждающим и диффузионным методами.

После удаления окислительного шлака в печь присаживают ферромарганец  в количестве, необходимом для  обеспечения содержания марганца в  металле на его нижнем пределе  для выплавляемой стали, а также  ферросилиций из расчета введения в  металл 0,10 - 0,15% кремния и алюминий в количестве 0,03 - 0,1%. Эти добавки  вводят для обеспечения осаждающего  раскисления металла. Далее наводят  шлак.

Для улучшения перемешивания  шлака и металла и интенсификации медленно идущих процессов перехода в шлак серы, кислорода и неметаллических  включений в восстановительный  период рекомендуется применять  электромагнитное перемешивание, особенно на большегрузных

печах, где величина удельной поверхности контакта металл-шлак значительно  меньше чем в печах малой емкости. Длительность восстановительного периода  составляет 40-100 минут.

В восстановительный период условия работы футеровки печи наиболее тяжелые, мощность снижается и доходит  до 30-40% номинального значения.

         4. Вопросы техники безопасности при выплавке стали в электродуговых печах.

 

1. Электропечи должны быть оборудованы устройствами для удаления отходящих дымовых газов и очистки их от пыли.

2. Конструкция фундамента печи должна обеспечить удобный осмотр кожуха подины и ремонт механизма наклона.

3. Наклоняющиеся и качающиеся электропечи с электроприводом должны иметь ограничители наклона, самотормозящие устройства и блокировку для автоматического отключения тока от нагревательных элементов при наклоне печи на выпуск металла.

4. Пускатели наклона печей должны быть установлены в таком месте чтобы с него видно было струю жидкого металла, идущую из печи и крановщика, участвующего в разливе металла.

5. В случае применения для наклона печи гидравлического привода должны быть приняты меры, исключающие возможность попадания расплавленного металла и шлака на гидравлические устройства.

6. На щитах и пультах управления электропечей должна быть установлена световая сигнализация, а на рабочей площадке печи установлена кнопка аварийного отключения.

7. Включать электропечи для просушки или плавки металла можно только после их тщательного осмотра дежурным электромонтером квалификации не ниже 4 группы по электробезопасности. Крепление электродов должно быть надежным, а трубопроводы охлаждающей системы должны находиться в исправном состоянии.