Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 [ 7 ] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

Из отходов наибольшее применение при выплавке нержавеющих сталей имеет легированная группа Б26, представляющая собой отходы нержавеющих хромоникелевой и хромоникелетитанистой стали с содержанием: 8,0-13,0% Ni; 17,0-20,0% Сг; до 2% Мп; до 3% Si и до 1,2% Ti. Отходы образуются в сталеплавильных цехах в виде недоливков, литников и скрапа и в передельных цехах в виде обрези, брака и стружки. Кроме того, отходы нержавеющих сталей поступают от заводов-потребителей в виде обрези, стружки и бракованных деталей, а также отработавших изделий.

Мягкое железо

Для производства нержавеющих сталей с весьма низким содержанием углерода методом сплавления применяют мягкое железо марки ЭП620 в виде катаной заготовки или мелкой болванки следующего химического состава, не более: 0,012% С; 0,05% Мп; 0,010% Si; 0,10% Си;.0,010% S; 0,010% Р; 0,015% S+P; 0,004% Со; 0,01% Ni; 0,1% Al.

Легирующие и раскислители

В качестве легирующих в нержавеющих сталях применяют хром, никель, титан, марганец, молибден, вольфрам и некоторые другие элементы.

Легирующие элементы вводят в сталь в виде сплавов с железом (например, феррохром, ферромарганец, ферросилиций) либо с железом и другим каким-либо элементом (например, ферросиликохром), либо в виде одного элемента (никель, металлический хром, металлический марганец).

Феррохром. Хром - основной легирующий элемент для получения стали с особыми химическими свойствами. Поэтому феррохром при выплавке нержавеющих сталей является одной из главных легирующих добавок. В ряде случаев применяют металлический хром. В качестве легирующей присадки и в качестве раскислителя нередко применяют ферросиликохром.

Никель, как и хром, является основным легирующим элементом при производстве хромоникелевой нержавеющей стали. Никель, как правило, вводят в завалку на нижний предел заданного состава с учетом содержания его в шихте. Гранулированный и прессованный никель, ферроникель и закись никеля вводят только в завалку

на плавках с полным окислением и при выплавке переплавом с кислородом. Для корректировки химического состава плавки во время кипения и рафинирования применяют только электролитический, огневой (чушковый) или карбонильный никель.

Ферротитан применяют как для легирования металла титаном, так и в качестве раскислителя. Ферротитан, металлический титан и отходы металлического титана вводят в хорошо нагретый и раскисленный металл. Добавки 0,05-0,1% Ti производят без скачивания шлака за 5-10 мин до выпуска. Металлический титан в этом случае присаживают на шомполах. Большие добавки производят после скачивания шлака за 10-20 мин до выпуска. После растворения титана в жидкой стали наводят шлак из извести и плавикового шпата (3: 1), примерно 1,5% от массы металла, затем раскисляют шлак порошком алюминия. Прессованные брикеты и губчатый титан перед вводом в металл прокаливают в сушильной печи при температуре 200-300° С. Применение прессованного и губчатого титана допускается только при выплавке нержавеющих сталей общего назначения. Титановые брикеты прессуются из губки и ее отсевов. Содержание титана в брикетах должно быть не менее 96%- Допустимое содержание сурьмы, олова, мышьяка, цинка, свинца, серы и фосфора не более 0,01% каждого, а водорода не более 0,02%. Брикеты изготовляют диаметром 100-150 мм. Отходы губчатого титана поставляются в виде брикетов диаметром 115-160 мм и высотой от 50 до 180 мм. Отходы титана присаживаются также в ковш.

Ферромарганец, или металлический марганец, присаживают в период плавления или рафииировки. При выплавке хромоникелевой нержавеющей стали ферромарганец употребляют в небольших количествах и главным образом малоуглеродистый.

Ферромолибден. Молибден почти не окисляется в ванне, поэтому ферромолибден присаживают в печь либо в завалку, либо в окислительный период.

При выплавке высоколегированных сталей добавки ферромолибдена до 0,1% производят не позже чем за 20 мин до выпуска, а большие добавки - за 30-4:0 мин.

Молибдат кальция вводят на плавках с окислением в завалку или в начале кипения сразу после скачивания шлака, полученного после расплавления.

Ферросилиций. Кремний в количестве до 0,2-0,3% остается в стали после раскисления и считается постоянной примесью, свыше 0,3-0,7% он является уже легнрующ,им элементом. Ферросилиций для легирования металла кремнием вводят за 10-20 мин до выпуска. При выплавке нержавеющей стали для легирования металла применяют только 75%-ный ферросилиций.

Силикокальций применяют в виде порошка для раскисления шлака в течение всего периода рафинирования. Кусковой силикокальций фракции не более 50 мм разрешается присаживать в шлак при выплавке нержавеющих сталей с повышенным кремнием и в ковш под струю металла прн выплавке сталей различного назначения.

Алюминий для легирования металла вводят в печь за 15-30 мин до выпуска после скачивания шлака либо в ковш до слива плавки.

Алюминий для окончательного раскисления вводят в металл за 2-3 мин до выйуска. Куски алюминия на шомполе погружают как можно глубже в металл и выдерживают там в спокойном состоянии до полного растворения.

Раскисление стали алюминием можно производить и в ковше. В этом случае куски алюминия с отверстиями по центру насаживают на шомполы диаметром 25 мм; шомполы с алюминием до выпуска плавки закрепляют на борту так, чтобы нижний кусок был на расстоянии не более 0,5 м от дна ковша. Алюминий применяют для окончательного раскисления металла почти всех марок, кроме легированных титаном. Для раскисления сталей обычно применяют алюминий, содержащий до 8% примесей, а для легирования - алюминий, содержащий не менее 98% А1.

Ш лакообразующие

Для образования шлака в печи применяют свеже-обожженную известь, плавиковый шпат, кварцевый песок и шамотный бой.

Известь. Обожженная известь является одной из главных составляющих шлаковых смесей. Она должна содержать не менее 85% СаО, не более 10% кед опала, 0,1% S и 1%Н20. Чем выше содержание СаО и ниже содержание серы, тем выше качество извести. Для наведения шлака следует употреблять только свежеобож-

женную известь (не более 12 Ч после выгрузки из обжиговой печи). Известь должна иметь размер кусков 20-100 мм. Количество фракции менее 20 мм должно быть не более 10%.

Плавиковый шпат. Для разжижения шлака и понижения температуры плавления высокоосновных шлаков применяют плавиковый шпат, который состоит в основном из фтористого кальция- 85-95% Сар2.

Шамотный бой. В качестве составляющей шлака в ряде случаев применяют шамотный бой, содержащий 65% SiOa и 35% AI2O3, а также отходы электрокорунда и известково-глиноземистого синтетического шлака.

Окислители

Для окисления углерода, фосфора, кремния и марганца в расплавленный металл вводят кислород в виде железной руды и газа. Железная руда должна иметь высокое содержание окислов железа (более 90% Ре20з) и низкое содержание кремнезема и фосфора. Применяют кусковую руду 21-гй класса. Газообразный кислород применяют в период расплавления для подрезки шихты и подплавления крупных кусков ее и для продувки жидкой ванны. Содержание О2 в газообразном кислороде должно быть не менее 92%, давление 0,9- 1,0 Мн1м (9-10 ат), точка росы -30--50°С.

Глава V

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ВЫПЛАВКЕ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

В этой главе рассматриваются физико-химические закономерности процессов, протекающих в период окисления, восстановления, легирования и во время выпуска металла в ковш и разливки, а также при вакуумнрованнн. Термодинамика процессов выплавки нержавеющих сталей тщательно изучалась, особенно в последнее двадцатилетие, что, несомненно, было связано как с применением газообразного кислорода и переходом на метод переплава отходов, так и с резким увеличением объема производства нержавеющих сталей. Уточнение влияния значительных количеств хрома (а в ряде случаев и марган-

ца) Ма термодинамику и кинетику обезуглероживания железа при продувке ванны кислородом и выбор аналитических форм связи представляют как теоретический, так и практический интерес. Описание экспериментальных данных с помощью математических формул, отражающих сущность процесса, позволяет оценить эффективность различных вариантов плавки и получить исходные данные для автоматизации процесса.

1. 0КИСЛР1ТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД

Рассмотрим вначале поведение элементов при выплавке стали на свежен шнхте, поскольку этот метод еще применяется прн выплавке некоторых низкоуглеродистых нержавеющих сталей. В период плавления и окисления происходит окисление кремния, марганца, фосфора, хрома и углерода, удаление газов и неметаллических включений. Примеси окисляются кислородом руды, техническим кислородом, вводи.мым в печь, и частично кислородом атмосферного воздуха.

Из химических элементов, находящихся в углеродистых отходах, наибольшее сродство к кислороду имеет кремний. Он окисляется кислородом (техническим или атмосферным) по реакции:

[Si] + О, = (SiOa), ДЯ = - 780 кдж (- 186,4 ккал)

или кислородом закиси железа шлака:

[Si] +2 (FeO) = (Si02) + 2Fe, ДЯ=-242 кдж (-57,9 ккал).

Кремнезем в шлаке взаимодействует с основаниями и образует наиболее прочные силикаты с окислами кальция и магния [23]:

2СаО-f SiOg кварц=Са25104,

ЛЯ = - 143 кдж (-34,27 ккал);

2MgO + SiOa = MgSiO, ДЯ = - 138 кдж (-33 ккал).

Основная суммарная реакция окисления кремния: [Si] -Ь 2(FeO) + 2(СаО) (CaSiOi) -1 2Fe, ДЯ = - 386 кдж (-92,11 ккал).

В период расплавления кремний окисляется до следов. . Окисление марганца протекает по реакции:

(FeO)+[Mn]=(MnO)+Fe, ДЯ=-135 кдж (-32,25 ккал).

Величины констант распределения марганца между шлаком и металлом для основного процесса могут быть рассчитаны по уравнению [23]:

(FeO)[Mn] 6600

-.3,16.

Равновесная концентрация марганца в металле может быть рассчитана по уравнению, предложенному И. М. Чуйко [24]:

где [Мп]-равновесная концентрация марганца в металле;

£ [Мп] - начальное содержание марганца в ванне, 2[Мп] = [Мп]+,(Мп); и - количество шлака, % от массы металла; (FeO) - содержание закиси железа в шлаке, %• Поскольку содержание марганца по ходу окислительного периода не регламентируется, конечная его концентрация обычно составляет 0,05-0,10%.

При плавлении и окислении происходят также следующие реакции: [Сг] -b(FeO) = (CrO)-b [Fe]; 3[Cr] -[-4(FeO) = (Cr304) + 4[Fe]; 2Cr] +3(FeO)-(CrA) + 3[Fe, ДЯ = - 329 кдж (- 78,6 ккал).

Наибольшее развитие получает последняя реакция. Зависимость коэффициента распределения хрома от концентрации (FeO) в основном шлаке может быть определена по формуле Н. М. Чуйко:

с = 11]=--°" +

С ростом окнсленпости шлака, уменьшением-концент-рации хрома и повышением основности отношение двухвалентного хрома к трехвалентному уменьшается. При окислении шихты нз углеродистых отходов небольшие количества хрома в виде примеси окисляются практически полностью.

Здесь и далее приняты содержания компонентов в процентах.