УДК 669. 187. 25: 621. 365. 22
ВЫПЛАВКА ПОДШИПНИКОВОЙ СТАЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОГО ЧУГУНА В ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ
Катунин А.И., Данилов А.П., Годик Л.А., Козырев Н.А., Захарова Т.П., Шуклин А.В.
ОАО “Кузнецкий металлургический комбинат”
Аннотация
Разработана и опробована технология выплавки подшипниковой стали с использованием жидкого чугуна в 40-тонных дуговых электропечах.
Использование технологии позволяет повысить качество стали, снизить уровень загрязненности неметаллическими включениями. При использовании технологии уменьшен расход электроэнергии на 19%, длительность плавки сокращена на 16 минут.
Ключевые слова: жидкий чугун, технология, химический состав.
В рамках проведения работы по изучению и отработке технологии выплавки стали с использованием жидкого чугуна взамен части твердой металлошихты были проведены опыты по использованию этой технологии и при выплавке подшипниковой стали на 40-тонных дуговых электропечах.
Химический состав стали при выплавке с использованием жидкого чугуна характеризуется более низким содержанием Ni и Cu, что существенно для обеспечения высокой долговечности работы подшипников (таблица 1).
Ход технологического процесса расплавления с применением жидкого чугуна характеризуется: более интенсивным применением твердого окислителя (агломерата) для окисления углерода и кремния чугуна и газообразного кислорода в конце расплавления, а, следовательно, и большим расходом извести для наведения шлака необходимой основности, повышением кратности шлака. Некоторые технологические параметры приведены в таблице 2.
Определено, что дополнительный расход агломерата, применение газообразного кислорода в конце плавления при повышенном содержании кремния в ванне, вносимого чугуном, повышают температуру расплавления (15300С против 15140С) при практически одинаковом содержании углерода при расплавлении (1,269% и 1,266% соответственно). Почти вдвое меньшее содержание марганца при расплавлении (0,213% против 0,504%) значительно упрощает процесс выплавки стали ШХ15. Без применения жидкого чугуна для снижения содержания марганца технологам цеха приходится производить дополнительные присадки кварцита или железной руды, что затягивает процесс плавления и неблагоприятно сказывается на состоянии основной футеровки печи.
Повышенная температура расплавления является положительным фактором для проведения окислительного периода. При очевидно более высокой скорости окисления углерода на плавках с жидким чугуном (0,59 против 0,54%/час) и одинаковом содержании углерода при расплавлении содержание углерода на “выдержке” в плавках с жидким чугуном составило 0,80% против 0,86% при выплавке на твердой завалке, что подтверждается количеством окислительного углерода (0,46% против 0,39% соответственно).
Определено, что содержание марганца по окончании окислительного периода при выплавке с жидким чугуном меньше поскольку меньше его содержание при расплавлении, а содержание фосфора по окончании окислительного периода при выплавке с жидким чугуном при одинаковых значениях фосфора расплавления ниже, поскольку процесс протекает с большим количеством шлака при повышенной окисленности и основности шлака.
Степень дефосфорации при выплавке с жидким чугуном составляет 31,3% против 23,7% при выплавке на твердой завалке.
Период рафинирования при выплавке подшипниковых сталей с использованием жидкого чугуна по сравнению с выплавкой на твердой завалке по температурному режиму различий не имеет. Существенное отличие имеет шлаковый режим. Более высокое содержание закиси железа (FeO) и пониженное – карбида кальция (СаС2) в шлаках плавок с использованием жидкого чугуна объясняется большим накоплением кислорода в футеровке печи и растворением его в шлаке периода рафинирования. Как видно из таблицы 3, загрязненность подшипниковой стали при выплавке с использованием жидкого чугуна ниже по сульфидным, оксидным и глобулярным включениям как в заготовке ð 120 мм, так и в готовом сорте.
Очевидно, что наиболее значительное влияние на снижение уровня загрязненности НВ оказывает снижение содержания магнезии (MgO). В шлаках плавок с использованием жидкого чугуна содержание MgO - 15,1% по сравнению с 17,3 % в шлаках плавок с твердой завалкой.
Сокращение длительности плавки под током при выплавке с использованием жидкого чугуна составило 16 минут.
Удельный расход электроэнергии при выплавке подшипниковых сталей с использованием жидкого чугуна составил 577,3 кВт × ч/т против 713,1 кВт × ч/т при выплавке на твердой завалке. Снижение удельного расхода электроэнергии составило в среднем 19,04 %. Минимальная загрязненность стали НВ обеспечивается при удельном расходе электроэнергии в пределах 550-600 кВт × ч/т металлошихты. При этом удельный расход электроэнергии до заливки жидкого чугуна составляет в среднем 353,3 кВт × ч/т твердой металлошихты.
Основным положением в технологии выплавки подшипниковых сталей является момент заливки жидкого чугуна от начала периода плавления шихты. Предположительно, слишком ранняя заливка жидкого чугуна приведет к образованию затвердевшей массы углеродистого лома и чугуна, которую сложно прогреть до температуры плавления. В этом случае, как следствие, возможно расплавление с большим перепадом температуры по высоте ванны и непредсказуемое содержание углерода в ванне при расплавлении.
Поздняя заливка чугуна, как правило, приводит к интенсивному вскипанию ванны со значительными выбросами в проем рабочего окна металла и шлака.
В обоих случаях дальнейший процесс окисления и рафинирования пойдет с отклонениями от требований действующей технологии. Следствием является снижение качества металла.
Таблица 1
Химический состав металла и шлака при выплавке с использованием жидкого чугуна и на 100% твердой шихте при выплавке подшипниковой стали
|
Марка стали |
Кол. плавок |
Химический состав стали, % |
||||||||||||||||
|
расплавление |
выдержка |
Маркировка |
||||||||||||||||
|
C |
Mn |
P |
S |
C |
Mn |
P |
S |
C |
Mn |
Si |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
Al |
||
|
Выплавка с использованием жидкого чугуна |
||||||||||||||||||
|
ШХ15 |
34 |
1,258 |
0,238 |
0,019 |
0,031 |
0,825 |
0,163 |
0,010 |
0,023 |
0,992 |
0,331 |
0,293 |
0,016 |
0,010 |
1,460 |
- |
- |
0,034 |
|
ШХ15СГ |
42 |
1,277 |
0,191 |
0,016 |
0,031 |
0,790 |
0,169 |
0,010 |
0,018 |
0,992 |
0,989 |
0,510 |
0,018 |
0,009 |
1,467 |
- |
- |
0,040 |
|
Итого |
76 |
1,269 |
0,213 |
0,018 |
0,031 |
0,805 |
0,162 |
0,010 |
0,020 |
0,992 |
0,695 |
0,413 |
0,017 |
0,009 |
1,464 |
0,037 |
0,054 |
0,037 |
|
Выплавка на 100% твердой шихте |
||||||||||||||||||
|
ШХ15 |
45 |
1,266 |
0,504 |
0,018 |
0,031 |
0,866 |
0,277 |
0,012 |
0,020 |
1,004 |
0,283 |
0,262 |
0,015 |
0,009 |
1,436 |
- |
- |
0,027 |
|
ШХ15СГ |
55 |
1,258 |
0,504 |
0,018 |
0,030 |
0,865 |
0,251 |
0,015 |
0,024 |
0,994 |
0,964 |
0,513 |
0,019 |
0,009 |
1,450 |
- |
- |
0,032 |
|
Итого |
100 |
1,262 |
0,504 |
0,018 |
0,031 |
0,866 |
0,234 |
0,014 |
0,022 |
0,998 |
0,657 |
0,400 |
0,017 |
0,009 |
1,443 |
0,047 |
0,067 |
0,029 |
Таблица 2
Некоторые технологические параметры
|
Марка стали |
Количество плавок |
Степень десульфурации, % |
Степень дефосфорации, % |
Кол-во окисленного углерода, % |
Скорость окисления углерода, %/час |
Шлаки, % |
|||||
|
рафинировочный |
выпускной |
||||||||||
|
FeO |
CaC2 |
FeO |
CaC2 |
CaO |
R |
||||||
|
Выплавка с использованием жидкого чугуна |
|||||||||||
|
ШХ15 |
34 |
47,29 |
34,02 |
0,433 |
0,56 |
0,460 |
0,95 |
0,70 |
0,23 |
51,40 |
2,87 |
|
ШХ15СГ |
42 |
48,76 |
29,19 |
0,487 |
0,62 |
0,520 |
0,76 |
0,82 |
0,25 |
52,17 |
2,63 |
|
Итого |
76 |
47,44 |
31,34 |
0,463 |
0,55 |
0,49 |
0,84 |
0,76 |
0,24 |
51,82 |
2,74 |
|
Выплавка на 100% твердой шихте |
|||||||||||
|
ШХ15 |
45 |
55,55 |
30,90 |
0,401 |
0,56 |
0,28 |
0,28 |
0,44 |
0,24 |
51,22 |
2,76 |
|
ШХ15СГ |
55 |
53,93 |
17,85 |
0,393 |
0,53 |
0,35 |
0,35 |
0,46 |
0,27 |
50,01 |
2,43 |
|
Итого |
100 |
54,67 |
23,67 |
0,396 |
0,54 |
0,32 |
0,32 |
0,45 |
0,25 |
50,24 |
2,61 |
Таблица 3
Уровень загрязненности неметаллическими включениями подшипниковой стали, выплавленной с использованием жидкого чугуна и на 100% твердой шихте
|
Марка стали |
Уровень загрязненности неметаллическими включениями, ср. балл |
||||||||
|
“Разведка” (сечение 120х120 мм) |
Готовый сорт |
||||||||
|
Количество плавок |
Сульфиды |
Оксиды |
Глобули |
Назначено до Æ 105мм вкл., пл. / % |
Количество плавок |
Сульфиды |
Оксиды |
Глобули |
|
|
Выплавка с использованием жидкого чугуна |
|||||||||
|
ШХ15 |
28 |
1,99 |
1,51 |
0,79 |
14/50,0 |
6 |
1,29 |
1,13 |
0,27 |
|
ШХ15СГ |
39 |
2,06 |
1,59 |
0,66 |
15/38,5 |
9 |
1,67 |
1,31 |
0,17 |
|
Итого |
67 |
2,03 |
1,56 |
0,71 |
29/43,3 |
15 |
1,52 |
1,24 |
0,20 |
|
Выплавка на 100% твердой шихте |
|||||||||
|
ШХ15 |
45 |
2,21 |
1,74 |
1,38 |
15/33,3 |
26 |
1,90 |
1,48 |
0,86 |
|
ШХ15СГ |
52 |
2,23 |
1,83 |
0,71 |
23/44,2 |
21 |
1,87 |
1,66 |
0,33 |
|
Итого |
97 |
2,22 |
1,79 |
1,07 |
38/39,2 |
47 |
1,89 |
1,56 |
0,63 |
Оптимальным периодом заливки чугуна для обеспечения низкого уровня НВ является период, соответствующий расходу электроэнергии до заливки чугуна от 10 до 12 кВт × ч, что соответствует удельному расходу 400-450 кВт × ч/т твердой металлошихты.
Выводы
1. Применение жидкого чугуна для замены части углеродистой шихты и кокса при выплавке подшипниковой стали снижает уровень загрязненности стали НВ как в заготовке ð 120 мм, так и в готовом сорте. Содержание сульфидных, оксидных и глобулярных включений составляет соответственно: в заготовке – 2,03; 1,56; 0,71 против 2,22; 1,79; 1,07 – при выплавке на твердой шихте; в готовом сорте – 1,52; 1,24; 0,20 против 1,89; 1,56; 0,63 соответственно.
2. Химический состав стали при выплавке с использованием жидкого чугуна характеризуется более низким содержанием никеля и меди (0,037% и 0,054% против 0,047% и 0,067% соответственно - при выплавке на твердой шихте).
3. Вносимое жидким чугуном физическое и за счет содержания кремния в чугуне химическое тепло снижает на 19,0 % удельный расход электроэнергии для выплавки подшипниковых сталей. Удельный расход электроэнергии на плавку при выплавке с жидким чугуном составил в среднем 577,3 кВт × ч/т против 713,1 кВт × ч/т при выплавке только на твердой шихте. Оптимальный период для заливки чугуна, соответствующий минимальному уровню загрязненности стали неметаллическими включениями, соответствует расходу электроэнергии от начала плавления до заливки от 10 до 12кВт × ч.
4. Удельный расход электроэнергии до заливки чугуна, при котором обеспечивается минимальная загрязненность стали НВ и минимальный общий удельный расход электроэнергии на плавку, составляет 400-450 кВт × ч/ т твердой металлошихты.
5. Длительность плавки под током при выплавке с использованием жидкого чугуна составила 296 мин против 312 мин при выплавке на твердой шихте. Сокращение длительности плавки под током составило 16 минут.