Особенности выплавки стали в кислых печах

В кислых дуговых печах выплавляют углеродистые, конструкционные легированные и высоколегированные стали.

Шихту для хромоникелевой конструкционной стали составляют из легированных отходов (до 80%) и шихтовой заготовки с низким содержанием серы и фосфора. В завалку для образования шлака вводят кварцевый песок или шамотный бой. После расплавления шихты и подогрева ванны до температуры 1540-1580 °С металл начинает кипеть, вследствие взаимодействия углерода с кремнеземом и другими оксидами. Для лучшего закипания ванны в печь присаживают железную руду или агломерат (до 8 кг/т). Кипение заканчивают с получением в стали требуемого содержания углерода. В процессе кипения изменяется химический состав шлака. Содержание SiО₂ возрастает с 40 до 55%, а содержание FеО и Сr₂O₃ снижается соответственно с 20-25 до 10-15% и с 12-17 до 5-8%. содержание МnO изменяется незначительно. При горячем ходе процесса хром восстанавливается углеродом и кремнием по реакциям:

(Сr₂O₃) +3[C] = 2[Сr] + 3СО,

2(Сr₂O₃) + 3[Si] = 4[Сr] + 3(SiO₂).

После скачивания шлака в ванну вводят ферромарганец (5-6 кг/т) и шлаковую смесь извести и песка (1:5). Через 7-10 мин на жидкоподвижный шлак задают смесь песка, извести и порошков кокса и ферросилиция. Через 10-15 мин шлак содержит, %: 55-65 SiО₂, 20-25 СаО, 4 FеО, 6-9 МnО, 3-5 А1₂О₃ и 1,5 Сr₂O₃. Под таким шлаком металл сливают в ковш. Перед выпуском ванну раскисляют кусковым алюминием (до 0,3 кг/т).

Для ускорения плавления шихты и интенсификации окисления углерода в кислых дуговых печах используют кислород. При этом кислород вводят в печь в период расплавления, через 30 мин после включения печи. Расход кислорода в пределах 12-15 м₃/т обеспечивает сокращение периода плавления на 10-15% и снижение удельного расхода электроэнергии на 18-25%.

Использование кислорода в окислительный период повышает скорость окисления углерода до 0,005-0,008%/мин. Наиболее эффективно применяют кислород при выплавке в дуговой печи с кислой футеровкой коррозионностойкой стали типа 0ХI8Н10. Для этой стали шихта состоит из 85% легированных хромом и никелем отходов и 15% чистого по сере и фосфору углеродистого скрапа и никеля. Для образования шлака используются песок, шамотный бой и отработанная земля. Шихтовку плавки составляют таким образом, чтобы получить по расплавлении садки содержание в металле, %: С - 0,2, Ni 11 и Сr 12-15.

После подогрева ванны до температуры 1650-1700 °С отключают ток и ванну продувают кислородом (давление 0,8-1,0 МПа) через сводовую фурму. В процессе продувки бурый цвет дыма светлеет и переходит в белый. Продувку ванны кислородом прекращают при содержании углерода в металле 0,04%. При этом температура расплава повышается до 1800 °C и более. Ванну охлаждают присадкой отходов той же марки стали и низкоуглеродистого феррохрома.

Для восстановления хрома из оксидов на шлак задают (до 5 кг/т) порошка алюминия. Извлечение хрома составляет 85-88%. Продолжительность выдержки металла в печи после присадки феррохрома не превышает 15-25 мин. После корректировки химического состава стали по марганцу и никелю ее сливают из печи в ковш.

Металл, выплавленный с применением кислорода, имеет более высокую температуру и обладает лучшими литейными свойствами. Расход электроэнергии на плавках с применением кислорода сокращается на 20%, расход электродов – примерно на 10%. В отличие от выплавки коррозионностойкой стали в основных дуговых печах, кислый процесс с применением кислорода позволяет сократить длительность периодов кипения и доводки ванны до минимума.

Горячий ход плавки, меньшая ее продолжительность и кислый кремнеземистый шлак обеспечивают меньшее содержание азота в хромоникелевой стали, что, в свою очередь, повышает долговечность металла в сильных кислотах и других агрессивных средах.

В качестве шихты для кислых печей целесообразно использовать металлизованные окатыши, имеющие достаточно стабильное низкое содержание серы и фосфора.

Современные направления конструирования электропечей и технологии выплавки стали