Плавка стали с окислением

Исходные данные

Химический состав стали 35 ХГСЛ

1. Выбор плавильного агрегата Плавка стали основным процессом с окислением, получила большое распространение. Этим методом можно выплавлять стали с минимальным содержанием серы, фосфора, азота, водорода и стали с низким содержанием углерода (до 0,02…0,03%). Такие возможности (исключая удаление серы) обусловлены наличием окислительного периода. При плавке стали с окислением используют нелегированную металлошихту, так как в окислительный период большинство дефицитных легирующих элементов окисляются частично или полностью и теряются со шлаком. Однако отходы, содержащие никель, медь и молибден, могут быть использованы в шихте в любых количествах, так как угар этих элементов незначителен.

Итак, исходя из вышесказанного, делаем вывод, что плавить сталь будем в дуговой электропечи переменного тока с основной футеровкой, емкостью 10 тонн. Так как плавить будем с окислительным периодом, то содержание углерода в шихте увеличим на 0,25%, так же учтем угар.

2. Подготовка шихты Стальной лом покупной должен соответствовать требованиям ГОСТ 2787–75. В шихте допускается использование стальной стружки, которая должна быть дробленой, не ржавой, незагрязненной маслом и иметь известный химический состав.

Шихта должна быть компактной и удобной для завалки: крупного скрапа должно быть не менее 40−50%, количество собственных отходов — не более 50%.

Все шихтовые материалы для плавки должны быть воздушно-сухими.

Необходимо следить, чтобы в шихте не было взрывоопасных предметов.

Применение материалов, не отвечающих вышеуказанным требованиям, воспрещается и может быть допущено только при наличии оформленной карты отклонений в установленном порядке.

3. Расчет шихты Определим необходимое количество углерода в шихте:

СШ = 0,26 + 0,058+0,3= 0,618%

SiШ = 0,36 + 0,027= 0,387%

MnШ =0,675 + 0,15= 0,825%

SШ = 0,06 + 0,02 = 0,08%

Подбор состава шихты

Примем количество возврата собственного производства Х3 = 40%.

Определим количество компонентов (Х1 и Х2). Составим балансовые уравнения для шихты по углероду.

Далее решаем эту систему, как систему трех уравнений с тремя неизвестными.

Определим количество марганца, вносимое рассчитанной шихтой.

Отходы чугуна вносят марганца:

;

Возврат собственного производства вносит марганец:

;

Стальной лом вносит марганца:

.

Итого марганца в шихте:

при необходимом содержании марганца в шихте 1,15%. Рассчитаем количество ферромарганца, необходимое, чтобы восполнить дефицит марганца:

Результаты расчетов сведем в таблицу:

Результаты расчета показывают, что углерода в шихте оказалось больше, чем в готовой стали по ГОСТ. Таким образом, для снижения количества углерода, проведем окислительный период, а для восстановления кремния проведем кремнийвосстановительный процесс.

заливочный сталь ковш шихта

4. Плавление По мере расплавления во избежание образования мостов куски шихты сталкиваются под электроды.

При образовании мостов печь отключается, а в образовавшиеся колодцы забрасывается новая шихта и снова плавится. Операция повторяется до полного разрушения моста.

Если до расплавлении образовалось много шлака, стасталевар скачивает лишний шлак и удаляет его комья.

После полного расплавления и надлежащего подогрева ванна перемешивается и берется проба металла для определения экспресс-анализом содержания C, Mn, S, P и Cr.

Отбор и обработка пробы производится согласно инструкции.

5. Окислительный период Так как содержание углерода по расплавлении не превышает 0,55%, то окисление ведем без дачи руды, металл подогревается до самопроизвольного кипа, который поддерживается 10 — 15 мин, и плавка переходит в восстановительный период. Кип ванны должен быть достаточно интенсивным, не слишком бурным — без выплесков металла и шлака через порог.

Металл не должен терять жидкотекучесть, а шлак — жидкоподвижность.

Скорость выгорания углерода необходимо выдерживать в пределах 0,30 — 0,50% в час.

По окончании «чистого кипа» ванна перемешивается, и производится отбор пробы на экспресс-анализ для определения содержания С, Mn, Si.

Содержание углерода в данной пробе должно обеспечивать получение среднего предела углерода. По достижении указанного содержания углерода часть окислительного шлака (50 — 60%) спускается самотеком и с помощью скребка. Затем наводится новый шлак присадкой сухого песка или горелой формовочной земли и известняка, и плавка переходит в восстановительный период.

6. Восстановительный период Для восстановления кремния шлак загущается сухим песком, дается приблизительно 1,5 кг/т сухой коксовой мелочи, печь плотно закрывается и повышается нагрузка на фазах. Через 5 мин металл перемешивается, и берется проба на экспресс-анализ для определения содержания С, Mn, Si.

Если металл в ложке показывает достаточное восстановление кремния и шлак начинает чрезмерно густеть, в печь дается известняк.

Качество шлака контролируется сливом шлака на плиту. Шлак должен застывать лепешкой 4 — 7 мм с блестящей коричневой поверхностью и иметь светло-зеленый или голубой излом.

В течение восстановительного периода температура металла не должна снижаться ниже температуры выпуска.

При наличии в печи нормального шлака и содержании углерода, обеспечивающем «попадание» в заданный анализ, за 10 — 15 мин до выпуска производится присадка кускового ферросилиция (если количество свежевосстановленного кремния недостаточное).

Минут за пять до выпуска присаживается ферромарганец в рассчитанном количестве.

7. Раскисление Раскисление производят в печи вводом 0,3 кг/т алюминия на штанге, затем плавка выпускается.

Так как емкость печи 6 т, то необходимо 1,8 кг алюминия. Рассчитаем необходимое количество сплава АВ92, в котором содержится 92% алюминия

.

Окончательное раскисление стали производится вводом в металл алюминия в количестве 0,7 кг на 1 т жидкой стали на желоб печи.

8. Емкость заливочного ковша Емкость заливочного ковша определим по формуле:

где M — металлоемкость заливочного ковша, кг; t — допустимый интервал заливки, 0С; ti — падение температуры металла в ковше за время заливки одной формы, 0С; Pi — металлоемкость одной формы, кг.

Примем t = 400С, ti = 50С, тогда при металлоемкости одной формы 50 кг, металлоемкость заливочного ковша составит:

9. Температура заливки Температура заливки форм зависит от толщины стенки отливки и от заливаемого сплава.

Толщина стенки отливки — 5…8мм, температура заливки — 1520…1540?С.

Для обеспечения указанной температуры заливки температура металла в печи должна быть больше на сумму потерь температуры металла в ковше при выпуске, транспортировке ковша, во время заливки:

tп = tзал + tвып+ tпер+ tтр + tзал где tп — температура металла в печи, 0С; tзал — температура заливки форм, 0С; tвып — потери температуры при выпуске из печи, 0С; tпер — потери температуры при переливе из раздаточного в заливочный; tтр — потери температуры при транспортировке к месту заливки; tзал — потери температуры во время заливки форм.

.

10. Выпуск плавки За 5 мин до выпуска к печи подается раздаточный чайниковый ковш. Выпуск плавки производится согласно инструкции.

Перед выпуском плавки проверяется температура, печь отключается и наклоняется с таким расчетом, чтобы в начале выпуска в ковш шел металл без шлака.

Проба металла на маркировочный анализ и образцы на механические испытания отбираются при разливке плавки согласно инструкции.

Температура металла перед выпуском должна соответствовать времени пленообразования в ложке 35…45 с, на желобе при выпуске 1590 — 1640 С, на стенде при переливе в малый ковш — 1480 — 1520 С (по оптическому пирометру без поправки).

Температура заливки форм устанавливается согласно требованиям технологического процесса изготовления каждой отливки.

Перед началом разливки плавки на конвейере металл проверяется на загазованность заливкой пробы в чистый подогретый металлический стаканчик.

Если проба при остывании не дает усадки, а наблюдается ее рослость (вспучивание), то плавка бракуется, то есть возвращается на доводку или разливается в изложницы.