Электрошлаковый переплав

Подшипниковая сталь явилась одним из первых объектов, на которых была опробована, а затем успешно внедрена технология ЭШП. При прохождении электрического тока через слой жидкого шлака в нём выделяется тепло, оплавляющее конец электрода, погруженного в шлак. Состав шлака подбирают таким образом, чтобы он обладал высоким рафинирующим действием и высоким электросопротивлением. Расплавленный металл, проходя через шлак, рафинируется от кислородных включений и серы. Попадая в водоохлаждаемый кристаллизатор очищенный металл быстро и направленно кристаллизуется, что предотвращает образование дефектов слитка.

Особенностями слитков электрошлакового переплава являются высокая плотность, отсутствие крупных неметаллических включений, равномерное распределение мелких включений, отсутствие внутренних и поверхностных раскатанных загрязнений, усадочных дефектов, повышенная пластичность при горячей механической обработке.

При ЭШП степень десульфурации составляет 80 %. Содержание сульфидных и оксидных включений уменьшается в 1,5−2 раза.[1] Этот процесс является достаточно дорогостоящим, поэтому сталь, выплавленную таким образом целесообразно использовать только в тех случаях, когда производимые подшипники используются в особо ответственных изделиях и агрегатах (самолёты, атомные реакторы и т.п.).

4.4.2 Существующая технология выплавки стали ШХ 15 на ООО «ЗЭМЗ»

Подготовка печи к завалке.

Выплавку подшипниковой стали следует производить в печах вместимостью не менее 20 т.

Печи должны быть специализированы на выплавку подшипниковой стали и укомплектованы постоянным штатом сталеваров.

Выплавку подшипниковой стали разрешается проводить:

- после капитального ремонта – не ранее чем с третьей плавки;

- после горячего и холодного ремонтов футеровки – не ранее чем со второй плавки;

- после выплавки легированной стали с суммарным содержанием (по нижнему пределу марочного химсостава) основных элементов от 4 до 6 % включительно – не ранее чем со второй плавки, более 6 % - не ранее чем с третьей плавки;

- после выплавки стали с содержанием углерода менее 0,2 % - не ране чем со второй плавки.

На печах, специализированных на производстве подшипниковой стали, допускается выплавка углеродистой и легированной стали с содержанием углерода не менее 0,2 % и легирующих элементов с суммарным содержанием не более 4 % (по нижнему пределу).

Выплавка подшипниковой стали должна производиться:

а) на углеродистых отходах с окислением окатышами (рудной), с обработкой металла в ковше шлаком пониженной основности и продувкой аргоном или азотом;

б) переплавом легированных отходов с окислением кислородом, с обработкой металла в ковше шлаком пониженной основности и продувкой аргоном или азотом;

в) на углеродистых отходах с окислением окатышами (рудой) или переплавом легированных отходов с кислородом с обработкой металла в ковше твердыми шлакообразующими смесями.

Выплавку исходного металла для последующего переплава методом ЭШП или ЭШП+ВДП производить:

а) на углеродистых отходах с окислением окатышами (рудой) и обработкой металла в ковше печным основным шлаком;

б) с обработкой металла в ковше твердыми шлакообразующими смесями.

Выпуск плавки должен производиться ошлакованный ковш. Выплавка стали без последующей продувки металла аргоном или азотом в ковше запрещается.

Подготовка шихтовых материалов к завалке шихты.

Для выплавки подшипниковой стали должны использоваться:

- стальной лом группы 2А, углеродистые отходы собственного производства, углеродистая обрезь в виде полосы или пакетов, легированные отходы группы Б3.

Отработанные флюсы ЭШП (типа АНФ−6, АНФ−1) не должны содержать оксиды титана и циркония.

Шихта для выплавки на углеродистых отходах с окислением должна составляться из углеродистых отходах в количестве 75-85 % и передельного чугуна 15−25 %, боя графитированных электродов, графитовой стружки или кокса.

С разрешения главного инженера выплавка может производиться без применения чугуна.

Плавка шихтуется из расчета получения по расплавленности содержания углерода, обеспечивающего окисление его в «кип» не менее 0,20 % и не более 0,60 %. Расчетное суммарное содержание кремния и алюминия в шихте должно быть не более 0,40 %. Содержание марганца по расплавлении должно быть не более 1,0 %,хрома – не более 0,40, серы – не более 0,045 %.

Шихта для выплавки переплавом с кислородом должна составляться из отходов группы Б3 в количестве 80-100 % и углеродистых отходов не более 20 %.

Перед завалкой шихты в печь следует присаживаться известь 10 кг/т или известняк 15 кг/т. В завалку вводят отходы графитированных электродов или кокс по расчету.

Химический состав металла после расплавления шихты рекомендуется иметь: углерод 1,05−1,20, фосфор – не более 0,020 %, марганец – не более 0,30 %.

Период плавления.

При выплавке на углеродистых отходах с окислением рудой (кислородом) перед завалкой или подвалкой шихты в печь присаживают известь – 10−15 кг/т или известняк 15−20 кг/т, шамот или обожженный каолин – 5−7 кг/т, железную руду или окатыши – 10−15 кг/т.

За 30−40 минут до полного расплавления шихты в печь вводят известь и железную руду (окатыши) в количестве 4−5 кг/т каждого компонента.

За 20−30 минут присаживается железная руда (окатыши) в количестве 910 кг/т, а за 15−20 минут – 4−5 кг/т. После расплавления 70−80 % шихты допускается подплавление ее кислородом. После полного расплавления шихты и отбора пробы металла на химанализ плавильный шлак скачивают примерно на 3/4, затем присаживают известь – 15−20 кг/т и разжижитель – флюорит (плавиковый шпат) или отработанные флюсы ЭШП. При необходимости науглероживания металла плавильный шлак должен скачиваться полностью.

Запрещается производить более одной подвалки металлошихты.

Окислительный период

Окисление проводят железной рудой (окатышами), газообразным кислородом или комбинированно рудой и кислородом.

Началом окислительного периода считается момент присадки первой порции руды (окатышей) или начало продувки ванны кислородом.

Температура металла в начале окислительного периода должна быть 1535−1555 °С.

В случае получения магнезиального шлака плавка должна быть переведена на другую марку стали менее ответственного назначения.

После присадки последней порции железной руды (окатышей) или окончания продувки металла кислородом производится выдержка не мене 5 минут. После отбора пробы металла на химанализ измеряют температуру металла, и шлак скачивают полностью.

Температура металла должна быть 1565−1595 °С.

Продолжительность окислительного периода, включая длительность шлака, должна быть не более 70 минут.

Рафинировка

Началом рафинировки следует считать момент присадки в металл углеродосодержащих материалов или ферросплавов.

Рафинировка в случае обработки металла в ковше твердыми шлакообразующими смесями

В конце окислительного периода содержание углерода в металле рекомендуется иметь 0,90−0,95 %.

После окончания окислительного периода окислительный шлак скачивают на 50−80 %.

Затем в печь присаживают ферросилиций на 0,12−0,15 % кремния по расчету и феррохром.

Новый шлак не наводят

После корректировки плавки по хрому и марганцу измеряют температуру металла и печной шлак скачивают полностью. Температура металла должна быть 1590−1620 °С.

В случае загущения шлака последний разжижают флюоритом (плавиковым шпатом).

Допускается производить корректировку химсостава по углероду порошками кокса или графитированных отходов в ковше из расчета введения не более 0,10 % углерода.

Кокс и алюминий рекомендуется присаживать под шлакообразующую смесь.

Подача аргона (азота) в ковш должна производиться с момента начала выпуска плавки.

Интенсивность продувки во время слива должна обеспечивать максимально возможное перемешивание металла и шлака в ковше. К концу выпуска интенсивность продувки снижают. Продолжительность выпуска должна быть не менее 3 минут.

Температура металла в ковше после продувки аргоном (азотом) должна быть 1515-1545 °С.

Продолжительность рафинировочного периода должна быть не более 1ч 10 мин.

В случае назначения плавки по заказам ЭШП (ГОСТ 801) и ЭШП +ВДП дополнительно за 1 − 3 минуты до окончания продувки стали аргоном (азотом) в металл присаживают кусковой алюминий, закрепленный на прутиках, в количестве 0,4 кг/т

Массовая доля серы в готовом металле не должна превышать 0,014%

Рафинировка в случае обработки металла в ковше шлаком пониженной основности и продувки аргоном или азотом.

После скачивания окислительного шлака при необходимости науглероживания металла в печь вводят электродную стружку или кокс из расчета получения после присадки ферромарганца и феррохрома содержания углерода на нижнем пределе.

Затем присаживают ферромарганец и феррохром.

После ферросплавов присаживают шлаковую смесь следующего состава: известь – 22 кг/т, флюорит (плавиковый шпат) – 5 кг/т, кварцит (кварцевый песок) – 6 кг/т или шлакообразующую смесь в том же количестве, состоящую из извести и оплавикованного извястняка в соотношении (1−1,2):1.

После расплавления шлаковой смеси присаживают в один прием порошок кокса из расчета 2−3 кг/ т и печь герметизируют.

После расплавления ферросплавов отбирают пробы металла на химанализ и замеряют температуру.

Температура металла должна быть 1535-1565 °С.

Затем присаживают смесь, состоящую из алюминиевого порошка 0,5 кг/т, извести 1 кг/т, флюорита (плавикового шпата) 1кг/т. Шлак перемешивают и отбирают пробу. Содержание FeO должно быть не более 0,8 %.

За 10−15 минут до выпуска после перемешивания шлака и металла присаживают кварцит в кусках размером не более 60 мм (кварцевый песок присаживают за 5−10 минут до выпуска) в количестве 13−15 кг/т.

Перед вводом кварцита (кварцевого песка) содержание серы в металле должно быть не более 0,025 %.

После расплавления кварцита шлак перемешивают, производят измерение температуры металла и отбирают пробу шлака. Содержание в пробе шлака CaO должно быть 35-45 %, MgO – не более 14 %, FeO – не более 0,6 %.

Температура металла должна быть 1555-1585 °С. Продолжительность рафинировки должна быть не более 1ч 10 мин.

Выпуск металла должен производиться вместе со шлаком. Продолжительность выпуска должна быть не более 1,5 минуты.

В ковш до выпуска металла из печи присаживают ферросилиций.

Металл в ковше продувают аргоном или азотом в течение 5−8 минут. Затем в металл вводят алюминий в количестве 0,4 кг/т (при механизированной присадке бунтового алюминия – 0,3 кг/т) и продувку продолжают в течение 1−3 минут (при введении алюминия продувка газом прерываться не должна). Температура металла в ковше после продувки должна быть 1515−1545 °С.

В случае срыва продувки раскисление алюминием проводят после выпуска металла в ковш с последующим перемешиванием металла не менее чем двумя гребками. При этом пригодность плавки для отгрузки потребителю должна определяться комиссией по качеству.

Рафинировка в случае обработки металла в ковше печным основным шлаком

После скачивания окислительного шлака в металл присаживают алюминий – 0,4 кг/т, ферросилиций куском на 0,15 % кремния, ферромарганец и феррохром – на нижний предел марочного содержания.

После присадки ферросплавов присаживают шлакообразующую смесь, состоящую из извести – 33 кг/т, флюорита (плавикового шпата) – 8 кг/т, кварцита (кварцевого песка) 8 кг/т или шлакообразующую смесь в том же количестве, состоящую из извести и оплавикованного известняка в соотношении (1−1,2):1.

Во время расплавления шлаковой смеси вводят порошок кокса в количестве 1-1,5 кг/т.

Рафинировочный шлак раскисляют, состоящей из порошка ферросилиция – 1−2 кг/т и кокса – 0,5−1 кг/т. Допускаются вводить в состав смеси мелкодробленую известь – 1−1,5 кг/т (размер кусков менее 20 мм).

Раскисление должно производиться порциями смеси с интервалами между ними 8−10 минут. Перед присадкой очередной порции шлак и металл должны перемешиваться.

В случае образования карбидного шлака количество кокса в раскислительной смеси уменьшают вплоть до прекращения его добавки.

Окончательную корректировку химсостава следует проводить не позднее чем за 10 минут до выпуска металла из печи.

Допускается корректировку металла производить: по углероду прокаленным чугуном в печи или порошкообразными отходами графитированных электродов (кокса) в ковше из расчета введения не более 0,03 % углерода, по кремнию – кусковым ферросилицием в ковше из расчета введения не более 0,05 % кремния.

За 5−10 минут до выпуска (при отключенной печи) должна присаживаться раскислительная смесь, состоящая из порошка алюминия – 0,5 кг/т, извести – 1 кг/т, флюорита – 1 кг/т. Компоненты смеси должны быть перемешаны. Запрещается присаживать раскислительную смесь на карбидный шлак.

За 2−3 минуты до выпуска шлак перемешивают, производят измерение температуры металла и отбирают пробу шлака, в которой должно быть CaO+CaF2 – 50−60 %, MgO – не более 12 %, FeO – не более 0,5 %.

Температура металла перед выпуском должна быть 1540-1580 °С.

Продолжительность рафинировки должна быть 50 мин−1 ч 20 мин.

Конечное раскисление металла производят в ковше кусковым алюминием. Алюминий в количестве 0,8 кг/т закрепляют на прутках и вводят в металл за 1−3 минуты до окончания продувки аргоном (азотом).

Во время выпуска плавки из печи сначала сливается большая часть шлака, а затем металл со шлаком с активным перемешиванием металла и шлака в ковше.

Температура металла после продувки аргоном или азотом должна быть 1515−1545 °С.

Техника безопасности и организация производства

Общие требования безопасности

К самостоятельной работе допускаются лица, достигшие 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, прошедшие профессионально-техническую подготовку и аттестованные в цеховой комиссии по профессии на первую группу. Знающие инструкции № 1 − з по ОТ для работающих на ЗМЗ, № 25 − з по ОТ для лиц не электротехнического персонала.

В случае получения травмы или обнаружения неисправности оборудования сообщить об этом непосредственному начальнику.

Каждый работник предприятия обязан своевременно и подготовленным приходить на работу. «Работник, появившийся на работе в нетрезвом состоянии, в состоянии наркотического или токсического опьянения, к работе в эту смену не допускается» (ст. 38 КЗОТ Российской Федерации).

Требования безопасности перед началом работы

Выходить на рабочее место в чистой и исправной спецодежде, предусмотренной по нормам.

Запрещается загромождать рабочие места, проходы и запасные выходы деталями оборудования, материалами и другими предметами.

Требования безопасности во время работы

При выполнении работ быть внимательным, не отвлекаться и не отвлекать других действиями или разговорами.

Не допускать на рабочее место лиц, не имеющих отношения к работе.

Лица, не имеющие группы по электробезопасности, обязаны знать и соблюдать требования инструкции № 25 − з по охране труда для лиц неэлектротехнического персонала.

Содержать в порядке и чистоте рабочее место, не допускать загромождения его деталями, отходами, мусором.

Принимать все меры к предотвращению обнаруженной опасности, грозящей самому или рядом работающим, предупреждать нарушения правил и инструкций по ОТ.

4.4.3Действующая схема производства стали марки ШХ15

Существующая технологическая цепочка имеет следующий вид:

− переработка поступающей металлошихты;

− выплавка стали в дуговой сталеплавильной печи;

− обработка стали в агрегате печь−ковш;

− обработка в вакууматоре;

− разливка стали сифоном в слитки;

− нагрев и прокатка слитков на блюминге;

− прокатка блюмов на стане 750 на заготовки, которые затем поступают на стан – 280;

−заготовка направляется в термокалибровочный цех, где проводятся операции по термообработке;

Технологическая схема производства стали марки ШХ15 с выделением основных подразделений представлено на рисунке 4.4.3.

Рисунок 4.4.3 − Технологическая схема производства стали марки ШХ15

в условиях ООО «ЗЭМЗ

Выплавка стали марки ШХ 15 производится в электросталеплавильном цехе № 2 в соответствии с гостом 801−78. Цех специализируется на выплавке легированной, подшипниковой, инструментальной легированной, электротехнической, коррозионностойкой, быстрорежущей стали.

Для выполнения своей основной функции сталеплавильного производства необходимо обеспечение ферросплавами, железо − стальным ломом.

Поставка железо − стального лома в цехи завода осуществляется как автомобильным, так и железнодорожным транспортом.

Не зависимо от вида транспорта, которым был доставлен железо − стальной лом; на сдаточной накладной на лом и отходы должна быть поставлена отметка о взвешивании груза в весовом цехе, с указанием веса «нетто», и веса «брутто», времени взвешивания, даты, и роспись весовщика.

Приемку осуществляет диспетчер или бригадир шихтовщиков. Разгрузка производится в закром или корзины.

Покупной лом в цехи комбината доставляется только из копрового цеха. Транзитный лом может поставляться непосредственно из цехов завода, при условии оформления документов через копровый цех. Поставка лома из передельных цехов осуществляется мастером по учету отходов.

Выплавка производится на современной электропечи с выкатной подиной, что позволяет производить завалку шихты заранее подготовленными «корзинами» с минимальной весовой погрешностью. Печь № 15 номинальной ёмкостью 10 т. Такая печь позволяет сравнительно быстро и без больших потерь нагреть и расплавить необходимое количество легирующих добавок и раскислителей. Также возможно получение стали и сплавов нужного состава и нужной температуры.

Подшипниковую сталь выплавляют при хорошем состоянии футеровки печи. Если на подине образовались ямы или сорваны откосы, а также непосредственно после ремонта футеровки подшипниковую сталь не выплавляют. После кампании нержавеющей стали подшипниковую сталь выплавляют не раньше, чем через 6 −7 плавок, а после единичных плавок через 1−2 плавки стали других марок.

Все материалы, предназначенные для плавки применяют высокого качества. При ведении плавки, шихту составляют из углеродистых отходов про катного производства, железного лома. Далее выполняются все технологические операции: расплавление, окислительный период, затем рафинирование стали на агрегате печь − ковш. В печи − ковше осуществляется ряд технологических операций быстрее и эффективнее по сравнению с решением аналогичных задач в обычной сталеплавильной печи.

Разливка в изложницы осуществляется сифоном, так как это возможность одновременного наполнения не одного, а нескольких изложниц с малой скоростью, возможность наблюдения сверху за характером поверхности поднимающегося в изложнице металла, возможность отливать мелкие слитки. Изложницы расширяющиеся к верху отлитые из чугуна с удобной конструкцией, для удобства извлечения слитка.

По окончании разливки плавки, назначенной к отправке на блюминг в горячем состоянии, сталеплавильный цех сообщает течении 30 минут на блюминг и диспетчеру завода следующие данные: номер плавки, марку стали, количество слитков, массу одного слитка, время конца разливки плавки. Продолжительность периода от конца разливки плавки до установки машины со слитками в пролет колодцев прокатного цеха № 1 не должна быть более 3 часов. Слитки передаются в прокатный цех № 1 на блюминг в горячем состоянии. Доставка горячего металла осуществляется автомашинами в течении 40 минут.

Прокатный цех № 1. Блюминг − стан 1150 для проката коррозионностойких, быстрорежущих, инструментальных, легированных конструкционных, прецизионных сталей и сплавов.

Сортамент стана: блюмы со стороной квадрата 170..250 мм, освоено производство слябов шириной от 420 до 600 мм и толщиной от 140 до 160 мм.

Для нагрева слитков используются нагревательные регенеративные колодцы с 4 ячейками. Нагрев слитков осуществляется в соответствии с требованиями технологической инструкции.

После нагрева слитков в колодцах происходит прокатка на блюмсы сечением 225 мм. Далее охлаждение на воздухе.

Передельные блюмы передаются для проката на заготовочном стане 750.

Стан 750 − заготовочный стан с производственной мощностью, предназначен для проката коррозионностойких, инструментальных, легированных конструкционных, быстрорежущих и прецизионных сталей и сплавов.

Сортамент стана: заготовка квадратного профиля и товарный прокат со стороной квадрата от 85 до 160 мм, круглого профиля диаметром от 150 до 210 мм, сутунка шириной 250 мм и толщиной от 19 до 73 м, а также полоса для бульдозерного ножа.

На стане 750 производится нагрев и прокатка блюмсов на передельную заготовку профилеразмером 85 мм. Охлаждение производится на воздухе. Далее заготовка передается на стан 280.

Мелкосортный стан 280, предназначен для проката коррозионностойких, инструментальных, легированных конструкционных, быстрорежущих, прецизионных марок сталей и сплавов.

Сортамент стана: прутки круглого сечения диаметром от 8 мм до 28 мм, квадратного профиля со стороной квадрата 10 мм, 25 мм, арматурного профиля № 8..25.

Заготовки назначаются на прокатку после адъюстажной обработки и приемки ОТК. Посадка заготовок в методические печи производится при наличии сдаточной накладной и аттестации ОТК в соответствии с графиком − нарядом, составленным ПРБ цеха. С целью предотвращения смешивания марок сталей заготовки перед посадкой контролируются методом искрения. Загрузка заготовок на приемный стол производится клеймами в одну сторону. Искрение производится контролером ОТК. Нагрев осуществляется в соответствии с требованиями техноло гической инструкции. После нагрева происходит прокатка заготовок на прутки диаметром 16 мм.

После прокатки на стане «280» металл охлаждается на холодильнике и разрезается пресс−ножницами на требуемые длины. После порезки прутки формируются в пакеты массой не более 4,5 т и передаются в термокалибровочный цех железнодорожным транспортом.

Термокалибровачный цех. В состав цеха входит печной участок, с 9−ю печами с выдвижным подом, с 11 печами со стационарным подом, одной высокотемпературной печью.

В состав цеха входит участок обработки горячекатаной стали (адъюстаж), предназначенный для правки прутков на правильных средствах, зачистки поверхности прутков на обдирочном станке и подвесных и стационарных наждаках, отборки проб для испытаний металла, консервации прутков, упаковки и отгрузки металлопродукции потребителю.

Цех имеет в своём составе участки калибровки прутков и бунтов с правильными машинами, линиями зачистки, отжига в колпаковых печах в инертной среде, с ваннами для травления металла и другим оборудованиям для получения высококачественного калиброванного металла в прутках и бунтах круглого, квадратного, шестигранного и других профилей размерами от 3 до 60 мм, из марок сталей и сплавов коррозионностойких, инструментальных, легированных конструкционных, быстрорежущих, прецизионных.

Мощность участка обточки (полировки, шлифовки)−28,08 тыс.т, участка калибровки−24,0 тыс.т.

Полировальное и шлифовальное оборудование цеха позволяет получать прутки и бунты со специальной отделкой поверхности круглого сечения диаметром от 1,2 до 42 мм, отвечающие всем требованиям Гостов и Ту с консервацией, упаковкой в материал с защитными свойствами.

Конечная продукция в виде сортового металлопроката и товарной заготовки отгружается потребителю в соответствующей упаковке непосредственно из перечисленных цехов или из склада цеха готовой продукции на железнодорожном и автотранспорте, доля последнего составляет в среднем около 20 % от всего объёма товарного металла. Вся металлопродукция сопровождается документами установленного образца, в том числе сертификатами качества.

На данном этапе для предотвращения образования определенных дефектов и исправления их, снижения твердости, а также для получения необходимой структуры подшипниковую сталь подвергают термической обработке.

Термическая обработка подшипниковых сталей включает отжиг, закалку и отпуск. Для снижения твердости стали до значений, обеспечивающих успешную обработку резанием, снятия внутренних напряжений и подготовка структуры подшипниковую сталь подвергают отжигу. Наиболее благоприятной как с точки зрения качественного проведения закалки является структура равномерного зернистого перлита, которую стремятся получать при отжиге стали.

Закалку осуществляют с температур 820...860 °С в масле, что позволяет получить полностью закаленный поверхностный слой с сохранением высокой вязкости сердцевины.

Окончательной операцией термической обработки подшипниковой стали является низкий отпуск, цель которого уменьшение закалочных напряжений. После всех необходимых операций металл железнодорожным транспортом передается в цех готовой продукции для упаковки и отгрузки заказчику.

В Цехе готовой продукции производятся работы по подготовке к отгрузке готовой металлопродукции на вагоны. Указанные работы производятся путем отбора готовой металлопродукции на складе ЦГП, зацепки указанной продукции грузозахватным приспособлением и последующим перемещением груза в целях погрузки в вагоны на погрузочную площадку цеха при помощи электромостового крана.

Выполняется сверка по реестру соответствия разрешенной к отгрузке продукции с подготовленной, проверку упаковки, наличие товарной и весовой бирок, сверку данных на клеймах выбитых на бирках, с данными указанными в накладной. Маркировка, упаковка и оформление документов осуществляются в соответствии с требованиями ГОСТ 7566 − 94.