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

1.Введение

 

Сталь 35ХМЛ - легированная конструкционная сталь, которая содержит:

С=0,3-0,4%;

Мn=0,4 – 0,9%;

Cr=0,8 – 1,1%;

Si=0,2-0,4%;

Мо=0,2-0,3%;

Р< 0,04%;

S<0,04%.

Режимы термической обработки  конструкционных сталей определяются главным образом содержанием  углерода, т.к. сталь 35ХМЛ содержит 0,35% С, следовательно по ГОСТ 977-88 она проходит следующие режимы термической обработки:

а)нормализациям 860 - 880°С;

б)отпуск 600 - 650 °С.

Механические свойства стали  зависят от ее структуры и состава. После термической обработки  стали механические свойства повышаются.

Механические свойства стали  35ХМЛ после нормализации и отпуска приведены в таблице 1.

Таблица 1. Механические свойства стали 35ХМЛ.

Предел текучести от, МПа	Временное сопротивление  оВ9 МПа	Относительное удлинение 5,%	Относительн. сужение VI/, %	Ударная вязкость КСИ, кДж/м2
392	589	12	20	294

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Разработка технологии  плавки стали в кислой печи с

окислением.

 

2.1 Подбор шихты  для выплавки кислой электростали.

Набор компонентов шихты, их состав, нормы расхода:

возврат собственного производства - 40%

пакеты стали — 12%

стружка стальная - 6%

стружка чугунная - 5%

чугун передельный  - ?

лом стальной - ?

ферросплавы - ?

 

Расчет.

 

1. Определим средний состав стали для расчета.

 

Сталь 35ХМЛ по ГОСТ 977-88 содержит С=0,3-0,4%; Мn=0,4-0,9%; Cr=0,8 - 1,1%; Si=0,2 - 0,4%; Р< 0,04%; S<0,04%; Mo=0,2-0,3%.

Принимаем для расчета, что  С=0,35%; Mn=0,6%; Cr=1%; Si=0,3%; Р=0,04%; S=0,04%; Mo=0,25%;.

 

2. Проводим анализ технологии плавки.

 

В окислительном периоде  должно выгорать 0,20% С.

Марганец Mn угорает до 10%,

Хром Cr угорает до 15%.

Молибден Mo угорает до 5%

Кремний Si угорает до 5%

Конечное содержание серы и фосфора определяется шлаковым режимом. т.к. футеровка кислых ДСП состоит из почти чистого кремнезема и шлаки в процессе плавления шихты образуются кислые и невозможно проводить в печи операции десульфурации и дефосфорации, следовательно необходимо выбирать шихту с наименьшим содержанием фосфора и серы.

 

3. Определяем количество возврата в шихте и количество углерода вносимого возвратом.

 

 

 

Содержание углерода в  возврате

 

4. В шихту сталеплавильных печей фосфор и сера в основном переходят из чугуна, следовательно стружку чугуна исключаем из расчетов.

5. Определяем количество стружки стальной Хс.с в шихте.

 

 

Считаем, что стружка стальная принадлежит стали марки 20Л, которая по ГОСТ 977-88 содержит С=0,17-0,25%, Мn=0,45 - 0,9%; Cr<0,3%; Si=0,2 - 0,52%;

Р< 0,035%; S<0,035%.

Для расчета принимаем, что  стальная стружка содержит С=0,2%; Мn=0,7%; Cr=0,3%; Si=0,35%; Р= 0,025%; S=0,025%.

 

Содержание углерода в  стальной стружке

 

 

6. Определяем количество пакетов стали Хп.с и количество углерода вносимого ими

 

 

В качестве стальных пакетов  используем отходы листовой стали СтЗКП по ГОСТ 380-2005, которая содержит С=0,14 - 0,22%, Мn=0,3 - 0,6%;Cr<0,3%; Si<0,05%; Р< 0,04%; S<0,04%.

Для расчета принимаем:

С=0,18%; Mn=0,45%; Cr<0,3%; Si=0,05%; Р<0,03%; S<0,03%.

Содержание углерода в  пакетах стали:

 

 

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 ПВК2 (группы 2, класса А, категории 1), содержащий: Si=0,5 - 0,9%; Мn=0,5 - 1,0%; Р< 0,020%; S<0,015%, С=4,0 - 4,5%.

Для расчета принимаем:

Si=0,7%; Мn=0,75%; Cr<0,04%Р< 0,015%; S<0,01%, С=4,3%.

 

 

 

 

 

Принимаем, что лом стальной соответствует стали 30Л, содержащий по ГОСТ 977-88 С=0,27 - 0,35%, Мn=0,45 - 0,9%; Cr<0,3%; Si=0,2 - 0,52%; Р< 0,035%; S<0,035%.

Для расчетов принимаем:

С=0,3%; Mn=0,7%; Cr<0,3%;Si=0,35%; Р< 0,025%; S<0,025%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

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

Возвратом вносится:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Стружкой стальной вносится:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пакетами стали вносится:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чугуном передельным  вносится:

 

 

 

 

 

 

 

 

Ломом стальным вносится:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Всего шихтой вносится:

 

 

 

 

 

 

 

12. Определяем угар элементов из шихты:

 

Кремний Si – 5%.

Марганец Мn -10%.

Хром Cr-15%.

Сера S и фосфор Р — не угорают. С =0,2% от металлозавалки.

Угар углерода составляет:

 

Перешло в сталь : 55 - 20 = 35 кг.

Угар марганца:

 

Перешло в сталь: 64,57-6,45 = 58,12 кг.

Угар хрома:

 

Перешло в сталь:57,7-8,65=49,04 кг.

Угар кремния:

 

Перешло в сталь: 32,62-1.059= 20.12 кг.

Угар молибдена:

 

Перешло в сталь: 10,5-0,52=9,98 кг.

 

 

Сера S и фосфор Р не угорают, значит Р = 3,16 кг и S = 3,107 кг - перешли в сталь.

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

Требуемое количество кремния в стали

 

 

С учетом остатков хрома в металлозавалке необходимо ввести в виде ферросплавов 9,88 кг. Используем для этих целей ферросилиций ФС75  ГОСТ 1415-93 , содержащий С=0,1%,Mn=0,4%; Cr=0,3%; Si=74,0-80,0%; Р=0,04%; S=0,02%.

Принимаем Si=76%.

 

 

 

Требуемое количество марганца:

 

 

Нет необходимости применять ферросплавы.

Требуемое количество хрома:

 

 

С учетом остатков хрома в металлозавалке необходимо ввести в виде ферросплавов 50,95 кг. Используем для этих целей феррохром низкоуглеродистый ФХ004 ГОСТ 4757-91 (класс фосфора А), содержащий С=0,05%, Cr=68%; Si=1,5%; Р=0,02%; S=0,02%.

 

 

Требуемое количество молибдена в стали

 

 

С учетом остатков молибдена в металлозавалке необходимо ввести в виде ферросплавов 15 кг. Используем для этих целей ферромолибден ФМо60 ГОСТ 4759-91 , содержащий С=0,05%, Mo=60%; Si=0,8%; Р=0,05%; S=0,05%.

 

 

 

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

 

ФХ004 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФМо60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        ФС75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Определим угар легирующих элементов из ферросплавов.

Общее содержание углерода в ферросплавах:

 

Углерод не угорает из ферросплавов.

Общее содержание молибдена в ферросплавах:

 

 

Молибден угорает из ферросплавов на 6%.

 

 

Общее содержание хрома в ферросплавах:

 

 

Хром угорает из ферросплавов на 7%.

 

 

Общее содержание кремния  в ферросплавах:

 

Кремний Si угорает из ферросплавов на 5%.

 

 

Общее содержание фосфора  Р:

 

Фосфор Р не угорает  из ферросплавов.

Общее содержание фосфора Mn:

 

Фосфор Mn не угорает из ферросплавов.

 

Общее содержание серы:

 

Сера S не угорает из ферросплавов.

 

Перешло легирующих элементов  в сталь из ферросплавов:

С = 0,063 кг.

Мо= 15-0,9=14,1 кг.

Cr=50,98-3,57=47,41 кг.

Si = 11.2-0,56=10,64 кг.

Р =  0,025 кг.

S =  0,023 кг.

Mn=0,052 кг

 

Всего в стали:

С =35+0,063=35,063 кг.

Мо = 9,98+14,1=24,08 кг.

Cr=49,04+47,41=96,46 кг

Si =20,12+10,64=30,76 кг.

Р = 3,16+0,02=3,18 кг.

S =3,107+0,02= 3,127 кг.

Mn=58,17 кг

 

16. Проверяем  расчет содержания основных компонентов в стали 35ХМЛ

 

С

10025,88            -         100%

35,063             -            Х%

X = 0,35%

 

Мо

10025,88            -         100%

24,08              -            Х%

Х= 0,24%

 

Мn

10025,88            -         100%

58,17              -            Х%

Х= 0,58%

 

 

Cr

10025,88                -         100%

96,46                  -            Х%

Х= 0,96%

 

Si

10025,88            -         100%

30.76             -            Х%

X = 0,31%

 

Р

10025,88              -         100%

3,18                  -            Х%

Х = 0,032%

 

S

10025,88            -         100%

3,127                -            Х%

Х = 0,03%

 

Данный состав шихты обеспечивает получение стали  заданной марки.

 

 

Таблица 2. Результаты расчетов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        2.2 Описание технологии выплавки стали в кислой электродуговой печи.

 

Футеровка кислых ДСП аналогична футеровке кислых мартеновских печей и состоит  из почти чистого кремнезема; соответственно шлаки кислых печей насыщены .Ни серу, ни фосфор удалить из металла под кислым шлаком нельзя, и это должно учитываться при шихтовке плавки. В кислых печах сталь обычно выплавляют методом переплава с проведением короткого периода кипения для дегазации расплава. Кислые шлаки менее проницаемы для газов, чем основные; растворимость газов в кислых шлаках низка активность (основного оксида). При повышении температуры восстанавливается кремний, например, по реакциям

;

^,

откуда

^.

В кислых шлаках, насыщенных , ^{приближается к единице, поэтому скорость восстановления кремния может быть весьма заметна (до 0,01 %/мин), особенно при высоком содержании углерода.}

В связи с отсутствием  условий для десульфурации и  дефосфорации удельная (на 1 т стали) поверхность контакта металл - шлак для кислых печей не имеет такого значения, как для основных, поэтому  для уменьшения тепловых потерь можно  иметь более глубокую ванную. Меньшая теплопроводность кислых огнеупоров также способствует снижению тепловых потерь и более быстрому нагреву металла. Из-за отсутствия длительных периодов рафинирования металла от фосфора и серы все это приводит к получению более высокого теплового КПД, сокращению длительности плавки, уменьшению расходов электроэнергии и электродов. Кислая футеровка и кислые шлаки, большая глубина ванны кислых печей, невысокая стоимость материалов, из которых формируется футеровка (песок, динасовый кирпич), - вот неполный перечень достоинств кислых печей. К недостаткам относится невозможность проводить в печи операции десульфурации и дефосфорации .

В настоящее время  емкость кислых печей не превышает  10 т. Число кислых печей достаточно велико; их устанавливают в литейных цехах и используют в основном для производства фасонного литья.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Разработка технологии  выплавки стали в основной  электродуговой печи с окислением.

 

3.1. Подбор шихты для выплавки электростали с окислением.

 

Набор компонентов  шихты, их состав, нормы расхода:

-возврат собственного производства - 40%

-пакеты стали - 12%

-стружка стальная - 6%

-стружка чугунная - 5%

-чугун передельный - ?

-лом стальной - ?

-ферросплавы - ?

Расчет.

 

1. Определим средний состав стали для расчета.

 

Сталь 35ХМЛ по ГОСТ 977-88 содержит С=0,3-0,4%; Мn=0,4-0,9%; Cr=0,8 - 1,1%; Si=0,2 - 0,4%; Р< 0,04%; S<0,04%; Mo=0,2-0,3%.

Принимаем для расчета, что  С=0,35%; Mn=0,6%; Cr=1%; Si=0,3%; Р=0,04%; S=0,04%; Mo=0,25%;.

 

2. Проводим анализ технологии плавки.

 

В окислительном  периоде должно выгорать 0,3%  углерода.

Mn из металлозавалки -3%, кремний Si до15%, хром Cr до 20%, модибден Мо до 6%, кремний Si до 15%.

Фосфор не восстанавливается  из шлака, но полностью восстанавливается  из ферросплавов.          

 Конечное содержание серы и фосфора определяется шлаковым режимом, поэтому концентрации данных элементов исключаем из расчетов.

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

 

3. Определяем количество возврата в шихте и количество углерода вносимого возвратом.

 

Z-металлозавалка.

Содержание углерода в  возврате:

 

4. Определяем количество стружки чугунной в шихте и количество углерода, вносимого чугунной стружкой.

 

Считаем, что стружка чугунная соответствует чугуну марки СЧ20, который по ГОСТ 1412-85 содержит С =3,3-3,5%; Si=l,4-2,2%; Мn=0,7 - 1,0%;

Р< 0,3%; S<0,15%.

Для расчета принимаем, что  стружка чугунная содержит С=3,4%; Si=l,5%; Mn=0,8%; Р=0,3%; S=0,12%.

Содержание углерода в  стружке чугунной

 

5. Определяем количество стружки стальной Хс.с в шихте и количество углерода вносимого стружкой стальной.

 

Считаем, что стружка стальная принадлежит стали марки 20JI, которая по ГОСТ 977-88 содержит С=0,17- 0,25%, Мn=0,45 - 0,9%; Cr<0,3%; Si=0,2 - 0,52%;

Р< 0,035%; S<0,035%.

Для расчета принимаем, что  стальная стружка содержит С=0,21%; Mn=0,7%; Cr=0,3%; Si=0,35%; Р=0,035%; S=,035%.

Содержание углерода в  стальной стружке

 

 

6. Определяем количество пакетов стали Хп.с и количество углерода вносимого ими

 

В качестве стальных пакетов  используем отходы листовой стали СтЗКП  по ГОСТ 380-2005, которая содержит С=0,14 - 0,22%, Мn=0,3 - 0,6%; Cr<0,3%; Si<0,05%; Р< 0,04%; S<0,04%.

Для расчета принимаем:

C=0,18%; Mn=0,45%; Cr=0,3%; Si=0,05%; P=0,04%; S=0,04%.

Содержание углерода в пакетах стали: