Описание процесса выплавки стали ШХ-15 на шахтной печи
Первая корзина для плавки загружается на удерживающие пальцы. Воздух для сжигания вдувается в поток отходящих газов, лом подогревается приблизительно до температуры 700 - 800 °С. Затем удерживающие пальцы шахты раскрываются, и лом первой подогретой корзины загружается в ванну. Одновременно следующая корзина висит на крановых крюках над шахтой, и лом загружается через шахту в ванну, при этом большая часть лома находится в шахте. После окончания завалки электроды опускают почти до касания с шихтой и включают ток. Начинается плавление, и горелки под шахтой обеспечивают дополнительную, неэлектрическую энергию. Образующиеся отходящие газы подогревают лом в шахте и по ходу процесса расплавления, лом опускается в ванну.
В процессе расплавления возможна присадка в печь извести, а также твёрдых окислителей: агломерата, железорудных окатышей, окалины. Для ускорения процесса проплавления металлошихты после завалки и подвалки используются
стеновые или дверные газокислородные горелки (ГКГ). Подача кислорода, вводимого через сводовую водоохлаждаемую фурму, начинается через 10-15 минут после включения печи с интенсивностью 1000-1500 м
з/ч. Продувка в течение всего периода расплавления сопровождается перемещением фурмы вниз по мере оседания металлошихты.
За время расплавления происходит окисление составляющих шихты, формируется шлак, происходит частичное удаление в шлак фосфора и серы, полностью окисляется кремний, 40-60% марганца, окисляются углерод и железо.
Производится присадка шлакообразующих и твердых окислителей для поддержания количества и состава шлака в печи. При этом шлак должен быть пенистым и достаточно жидкоподвижным. Для обеспечения работы печи с максимально возможным заглублением дуг в шлак производятся периодические присадки дробленого кокса- порциями до 50 кг через сводовое загрузочное устройство и газообразного кислорода до 3000 м3/ч.
Окисление углерода производится газообразным кислородом, вводимым через сводовую водоохлаждаемую фурму, расположенную над металлом на уровне 200-300 мм, с расходом 2000-3000 м3/ч. Содержание в металле водорода и азота уменьшается за счет кипения металла (выделение пузырьков СО при окислении углерода), так как при этом происходит дегазация металла и его перемешивание, что ускоряет процессы дефосфорации и нагрева.
Для определения химического состава металла производится отбор проб металла. При достижении необходимого содержания углерода и температуры металла, близкой к температуре выпуска (120 - 130°С выше температуры ликвидуса), производится продувка металла инертным газом в течение 2 - 3 минут или выдержка той же продолжительности, после чего производится отбор двух проб металла на химический анализ.
Дефосфорация металла идет по реакции:
2[P]+5[О]=(Р2O5), (1)
(Р2O5)+4(СaO)=(СаO)4·Р2O5 (2)
Для успешного протекания этой реакции необходимы высокие основность шлака и концентрация окислов железа в нем, а также пониженная температура металла. Содержание фосфора, в металле уменьшается до 0,01-0,015%.
Из-за высокого содержания окислов железа в шлаке, условия для протекания реакции десульфурации являются неблагоприятными, и поэтому она получает ограниченное развитие (в шлак удаляется до 30-40% серы, содержащейся в шихте).
Слив стали из печи производится в сталеразливочный ковш установленный на сталевоз. После установки центра ковша по оси сталевыпускного отверстия, печь наклоняется, шибер сталевыпускного отверстия открывается, сталь сливается в ковш. Ковш сталевозом перемещается из-под печи в тупик, после чего ковш транспортируется краном к установке печь-ковш.
Слив шлака из печи производится на специально оборудованную площадку под печью на отметке - 0,500, где шлак предварительно охлаждается.
Следует отметить положительное влияние технологии плавки с предварительным нагревом шихты на сокращение в материалах влаги, а значит и водорода.
1.1.3
Операционная карта на внепечную обработку
Стали ШХ15 в ЭСПЦ
Операционная карта на внепечную обработку стали представлена в таблицах 10, 11, 12.
Таблица 10 - Требования к материалам
| Наименование
| Характеристика
|
| Сталеразливочный ковш
| 1.Температура ковша не менее 900°С;
2.Оборудован пористой пробкой для продувки аргоном и шиберным затвором;
3.Очищен от скрапа и шлака.
|
| Жидкий полупродукт с ШП
| 1.Температура не менее 1560 °С;
2.Печной шлак не более 1,0 т;
3.Химический состав должен обеспечить возможность доводки стали на УПК.
|
Таблица 11 - Требование к оборудованию
| Наименование
| Характеристика
|
| УПК
| Технически исправное состояние
|
| УВС
| Технически исправное состояние (остаточное давление в камере не более 0,5 мм.рт.ст.)
|
Таблица 12 - Требования к конечному продукту
| Наименование
| Характеристика
|
| Температура металла перед разливкой на сортовой МНЛЗ
| tликв.+ (47-55)°С
|
Продолжение таблицы 12
| Наименование
| Характеристика
|
| Разливаемость металла
| Разливка без затягивания стакана сталеразливочного ковша
|
| Содержание закиси в шлаке, основность, водород и активность кислорода.
| Закись шлака (FeO) должна быть менее 1,0%, основность не менее 1,8. Содержание водорода в металле - [Н]<2,5рpm. Активность для металла перед вакуумированием Ао< 20 ppm.
|
Технологические операции обработки на УПК и УВС представлены в таблице 13.
Таблица 13 - Технологические операции
| Наименование
| Особенности применения
|
| Обработка на УПК
| Разведение шлака присадка 30 кг кокса на шлак и включение печи на 8-10 ступень напряжения в течение 2-3 минут с расходом аргона - не менее 200л/мин.
2.Наведение шлака: присадка 300-400кг извести и 100 кг шпата.
3.Раскисление шлака: 14-18 ступень напряжения Раскисление вести порциями карбида кремния Расход определять по пробе, отобранной после выпуска или после разведения шлака.
После присадки карбида кремния в течение 5 минут установить расход аргона не менее 300 л/мин для обеспечения интенсивного перемешивания металла и шлака.
|
Продолжение таблицы 13
| Наименование
| Особенности применения
|
| Обработка на УПК
| 4.Корректировка по химическому анализу и температуре работа на 12-22 ступени напряжения, присадка ферросплавов, алюминиевой проволоки (20 метров). Замер окисленности и водорода перед отдачей на УВС
5.Присадка 700-800кг извести и 300-400кг шпата.
|
| Обработка на УВС
| 1.Продувку аргоном начинать после достижения разряжения 200- 250 мм.рт.ст., общее время вакуумирования не менее 20 минут, остаточное давление не более 0,5 мм. рт. ст. (выдержка металла при указанном давлении не менее 15 минут).
2.Последние 5 минут вакуумирования производить при минимальном расходе аргона 2-5-5 и/ч.
3.Отключение аргона производить после снятия вакуума при достижении необходимой температуры перед разливкой
|
Внепечная обработка на УПК
Печь-ковш служит как буфер между процессами плавки и разливки, в котором температура и химический анализ стали, удерживаются в узких границах допусков.
В агрегате печь-ковш сталь нагревается и доводится до необходимой температуры разливки. Нагрев происходит с помощью графитовых элекродов по принципу электродуговой печи.
При поступлении сталеразливочного ковша на печь – ковш сразу же
начинают присадку шлакообразующих (CaO и CaF2), а отбор проб металла
на химический анализ производится после перемешивания металла аргоном в течении 3-5 минут.
Присаживаемые шлакообразующие должны обеспечить оптимальное количество рафинировочного шлака при его оптимальном составе.
Продувку металла обычно осуществляют через пористые (щелевые) пробки. Для более интенсивного перемешивания металла осуществляют продувку через две пробки с индивидуальным подводом аргона.
Наличие двух пробок, помимо лучшего перемешивания, повышает надежность безаварийной обработки металла. В случае отказа одной из пробок, продувку продолжают через исправную, без использования аварийной фурмы.
При перемешивании металла инертным газом, удаление неметаллических включений из стали и ассимиляция их шлаком происходит по следующей схеме: всплывании крупных включений – коагуляция их в потоке расплава за счет образующегося градиента скоростей – флотация мелких включений всплывающими пузырьками газа.
Таким образом, с целью более эффективного рафинирования стали от неметаллических включений продувка должна осуществляться на максимальной площади с максимальным количеством пузырьков и инертностью, не допускающей их вибрации.
Продувка стали в ковше необходима, и имеет следующие задачи:
-перенос тепла и выравнивание температур в металле;
-частичная дегазация металла;
-гомогенизация состава стали;
-ускорение металлургических реакций;
-отделение неметаллических включений в шлак,
Расход аргона устанавливается таким, чтобы наблюдалось легкое оголение зеркала металла в месте выхода газа на поверхности металла (в «аргонном пятне»). Для сталеразливочных ковшей емкостью 380 т оптимальный расход аргона обычно составляет 200 - 350 л/мин. В период
присадки ферросплавов интенсивность продувки повышают, а при вводе порошковой проволоки — снижают. Продувку через пробку, близко расположенную к месту ввода проволоки прекращают, что способствует затягиванию вводимого проволокой материала конвективными потоками вглубь расплава и увеличивает усвоение активных элементов или легирующих [5].
Десульфурация стали при внепечной обработке на УПК, является одной из важных технологических операций. Успешное протекание процесса десульфурации обеспечивается наводкой рафинировочного шлака оптимального химического состава, длительностью перемешивания металла со шлаком инертным газом, оптимальной окисленностью металла, обеспечивающей содержание оксида железа FeO в шлаке менее 0,5 %. Степень десульфурации стали в значительной мере, помимо перечисленных факторов, определяется начальным содержанием серы.
На распределение серы между металлом и шлаком значительное влияние оказывает окисленность стали. Поэтому после отдачи шлакообразующих или при начальном усреднении металла перед отбором пробы следует раскислять сталь вводом алюминиевой проволоки. В этом случае процесс десульфурации будет протекать интенсивнее и более полно.
На рисунке 6 приведена зависимость содержания серы от длительности обработки (перемешивания, так как этот процесс равен длительности обработки). За время обработки система металл - шлак не приходит в равновесие, то есть, фактическое содержание серы в стали всегда выше равновесного.
Рисунок 6 - Зависимость содержания серы в стали от продолжительности десульфурации
Для корректировки химического состава, определяют оптимальное количество ферросплавов, присаживаемых на УПК, исходя из минимизации затрат, так как при вводе ферросплавов снижается температура металла, что требует дополнительного его нагрева, а, следовательно, увеличения расхода электроэнергии и продолжительности обработки.
Для предварительного раскисление стали используют карбид кремния с фракцией 0,1-10 мм, содержащий 80-90 мас.% чистого карбида кремния, 2-5 мас.% свободного углерода, остальное примеси. Диапазон фракций раскислителя в пределах 0,1-10 мм объясняется закономерностями взаимодействия расплава с комплексным раскислителем при внепечной обработке. При меньших значениях будет происходить вынос раскислителя из зоны реакции, при больших значениях будут ухудшаться условия взаимодействия раскислителя с расплавом. Диапазон содержания чистого карбида кремния в подаваемом раскислителе в пределах 80-90 мас.% объясняется физико-химическими закономерностями раскисления стали. При меньших значениях будет происходить увеличение влияния примесей на состав образующегося шлака, большие значения устанавливать экономически не целесообразно.
4.1.5 Внепечная обработка на УВС
Сталеразливочный ковш с жидким металлом устанавливают в вакуумную камеру. Камеру закрывают и откачивают воздух. Ковшевое вакуумирование приведено на рисунке 7.
а – без перемешивания; б – с перемешиванием, продувкой; 1 – бункер для ферросплавов; 2 – смотровой люк; 3 – пористая пробка; 4 – шиберный затвор ковша
Рисунок 7 - Ковшевое вакуумирование стали
Камера представляет собой цилиндрический стальной барабан, закрываемый крышкой с вакуумным уплотнением сверху. Камеру размещают в бетонированном приямке в разливочном пролете ЭСПЦ, ниже уровня цеха; сверху камера закрывается крышкой на петлях, открываемой с помощью лебедки. По верхнему краю корпуса камеры расположен фланец с канавкой, в которую укладывается плоская резиновая или силиконовая лента для уплотнения, по нижнему краю крышки проходит кольцевой нож, создающий нажим на уплотнение и обеспечивающий герметичность. Изнутри корпус часто футеруют кирпичом для защиты от выплесков металла. В боковой стенке камеры имеется отверстие для вакуум-провода. В крышке камеры находятся смотровые окна, установлен дозатор для загрузки легирующих. Крышка футерована кирпичом. В центре крышки может быть расположено приспособление, позволяющее устанавливать либо воронку для
заливки металла в пустой ковш, находящийся в камере, либо промежуточный ковш для перелива стали из ковша в ковш.
Перед началом вакуумирования камеру очищают от пыли. Ковш с жидким металлом устанавливают на специальные опоры в камере. Накрывают камеру крышкой и, постепенно открывая шибер на вакуумпроводе, снижают давление так быстро, насколько это позволяет поведение металла (при резком снижении давления металл может бурно вскипеть с выбросом из ковша). При остаточном давлении 10-20 мм рт. ст. металл бурно кипит. Уровень металла поднимается в ковше на 400-700 мм в зависимости от степени предварительного раскисления. Чтобы предотвратить выливание металла в камеру, ковш должен быть выше, чем обычные ковши, рассчитанные на ту же массу плавки. По мере выделения газов кипение уменьшается, и давление может быть снижено до минимального значения.
Вакуумная дегазация стали основана на изменении равновесия между концентрацией растворенного в металле газа и парциальным давлением его в газовой фазе над металлом.
Водород в жидкой стали обладает большой подвижностью, коэффициент диффузии водорода достаточно велик, Dш=(1 - 8)·10-3 см2 /с. В результате вакуумирования значительная часть содержащегося в металле водорода быстро удаляется из металла. Можно считать, что после обработки вакуумом содержание водорода снижается до 1 - 2 ppm. то есть до концентраций при которых не имеет места образование флокенов и других дефектов
Азот, в отличие от водорода менее подвижен в жидком металле, его коэффициент диффузии значительно меньше, Dш=(4 - 7)·10-5 см2/с. Поэтому интенсивность удаления азота под вакуумом значительно ниже, чем водорода. Удаление азота затруднительно при наличии в стали Сг, V, Ti, имеющие высокое сродство к азоту.
Для получения низкого содержания углерода в стали до 0,04 % при вакуумировании в ковшеразработан способ вакуум - кислородного обезуглероживания Процесс ведут в ковше, установленном в вакуум-камере. Для обеспечения возможности интенсивного обезуглероживания в вакууме свободное пространство над металлом в сталеразливочном ковше должно быть 1,0-1,2 м. Внутри камера имеет защитную футеровку из шамота, что позволяет вести продувку металла кислородом (с возможными при этом выплесками). В днище ковша устанавливают пористую пробку для продувки аргоном. Продувку кислородом производят через вводимую сверху водоохлаждаемую фурму. Для обеспечения достаточного вакуума в условиях выделения при продувке кислородом значительного количества газов требуются вакуумные насосы повышенной мощности.
Ковш со сталью помешают в вакуумную камеру и после создания вакуума, начинают обработку. Процесс проводят в два периода. В первый период при разрежении на уровне 5 кПа производят продувку металла кислородом при одновременной продувке снизу аргоном. При этом температура металла повышается вследствие выделения тепла экзотермических реакций окисления углерода, а также, при необходимости алюминия, предварительно вводимых в сталь для нагрева.
После проведения вакуумной обработки ковш со сталью подвергают дополнительной обработке комплексным модификатором, содержащим Ca и РЗМ [ 50% Се, 25% La, 25 % ∑(Рr+Nd+Sm) ]. После присадки порошковой проволоки с комплексным модификатором с РЭМ проводится мягкая продувка металла apгоном (горячее пятно от аргона должно иметь диаметр не более 100 - 150 мм без оголения зеркала металла) в течение не менее 15 минут. Расход порошковой проволоки с наполнением комплексным модификатором составляем 0,5 - 0,8 кг/т по проволоке и 0,04-0,06 кг/т по РЗМ. Скорость ввода проволоки с наполнением комплексным модификатором, содержащим РЗМ, в основном составляет 3,0 - 3,5 м/с.
Обработка стали порошковой проволокой с комплексным модификатором с РЗМ позволяет снизить общий уровень загрязненности по сульфидам и неметаллическим включениям.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1025; | Поделиться с друзьями:
|
Мы поможем в написании ваших работ!
