Описание скрап-процесса, основные этапы изготовления стали, химические реакции при плавке

Мартеновскую сталь выплавляют, главным образом, основным процессом, который разделяется на скрап-процесс и скрап-рудный процесс.

1. Скрап-процесс, при котором основную массу шихты составляет скрап с добавкой чушек чугуна, применяется на малых печах (до 100 т) на машиностроительных заводах, где нет доменных печей.

2. Скрап-рудный процесс, при котором основная часть шихты состоит из жидкого чугуна (до 75 %), а твердая часть - из скрапа и руды, применяется на средних и крупных печах на металлургических заводах, где есть доменные печи.

Кислый мартеновский процесс применяется в небольших печах с кислой футеровкой, где нельзя использовать известь, следовательно, удалять из металла серу и фосфор. Поэтому требуется очень чистая шихта по S и Р. Это дорого.

Мартеновский основной скрап-процесс металлурги разделяют на ряд периодов плавки стали.

1) Заправка печи проводится перед каждой очередной плавкой. Она заключается в ремонте (заделке) повреждений подины. В эти места - щели, трещины - насыпают магнезитовый или доломитовый порошок.

2) Завалка (загрузка) шихтовых материалов осуществляется через загрузочные окна завальными машинами (скрап, известняк и чугун в чушках).

3) Период плавления. При плавлении чугуна и скрапа Si и Мn чугуна окисляются почти полностью избыточным кислородом печных газов:

Si + O₂ = SiО₂;

2Мn + O₂ = 2МnO.

Известь тоже разлагается:

СаСО₃ = СаО + СО₂.

Образуется слой шлака из окислов, и окисление металла непосредственно кислородом пламени прекращается.

В период плавления создаются благоприятные условия для удаления фосфора.

2Р + 5FеО + 4Са = (СаО)₄ ^. Р₂О ₅ + 5Fе.

Эта реакция называется процессом дефосфорации.

4) Период кипения ванны. Для этого в печь подают некоторое количество железной руды или вставляют сверху фурму 3 и продувают ванну кислородом. Происходит интенсивное выгорание из стали избытка углерода с образованием угарного газа:

2С +О₂ = 2СО.

Пузырьки СО всплывают на поверхность, и ванна начинает “кипеть”. При этом шлак вспенивается, начинает увеличиваться в объеме и выливается через одно из окон в шлаковый ковш. Эта реакция называется главной в мартеновской плавке, т. к. из-за энергичного перемешивания металла:

а) выравнивается температура металла в ванне;

б) за счет выгорания углерода происходит доводка химического состава стали по углероду;

в) пузырьки СО, поднимаясь на поверхность, захватывают с собой вредные газы N₂ и Н₂ и шлаковые капли. Чистота стали повышается;

г) выравнивается химический состав стали.

5) Рафинирование стали - это процесс удаления серы. Наиболее хорошо происходит в конце периода кипения. При так называемом чистом кипении, когда шлак почти вылился, продувка кислородом прекращается, и ванна продолжает кипеть за счет остатков растворенного кислорода:

FеS +СаО= FеО + СaS.

Этому способствует наличие большого количества СаО в шлаке (45-50 % СаО), уменьшение количества закиси железа FеО, нагрев металла до самой высокой температуры. Если в шлаке и стали будет много FеО, то по закону действующих масс реакция не пойдет.

Начиная с расплавления шихты, до выпуска стали из печи, регулярно отбирают пробы металла и шлака для химического экспресс-анализа состава. Если содержание углерода, S и Р соответствует заданному, приступают к раскислению стали. Если нет, то снова подают в печь флюс, производят продувку стали кислородом, вспенивают шлак, скачивают его в ковши, при этом происходит снижение содержания С, S и Р. Иногда вместо кислорода подают в печь чистую по сере и фосфору руду.

6) Раскисление металла производят в два этапа: а) за счет подачи в печь ферромарганца и ферросилиция; б) окончательно - в ковше при разливке стали, предварительно засыпав в ковш порцию алюминия и ферросилиция.

Основным скрап-процессом, как правило, выплавляют спокойную, качественную сталь. При выплавке легированных сталей легкоокисляющиеся легирующие элементы (Сr, V, Ni и Мо) в виде ферросплавов вводят в ванну после раскисления.