Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Роль марганца при производстве электростали 10
1.1. Свойства марганца и его применение при выплавке стали 11
1.2. Окисление и восстановление марганца 20
1.3. Особенности выплавки конструкционных марок электростали 23
1.4. Производство высокомарганцевой стали типа ПОЛЗИ 37
Глава 2. Методика исследований 47
2.1. Методы плавки и разливки стали 47
2.2. Определение физических свойств шлака 48
2.3. Термодинамический анализ системы металл-шлак 53
2.4. Контроль химического состава и газосодержания 57
2.5. Контроль физико-механических свойств и износостойкости стали 58
2.6. Металлографический и микрорентгеноспектральный анализ включений 59
2.7. Фрактографический анализ 61
Глава 3. Исследование условий физиюкшшеского равновесия в системе металл-шлак с использованием отвального шлака металлического марганца 63
3.1. Физико-химические свойства отвальных шлаков металлического марганца 63
3.2. Термодинамика и кинетика взаимодействия марга-нецсодержащих расплавов металла и шлака 70
3.3. Влияние температуры и основности на распреде -ление марганца между шлаком и металлом 80
3.4. Вывода 85
Глава 4. Исследование и разработка технологии выплавки электростаж с использованием отвальных шлаков металлического марганца 87
4.1. Исследование поведения марганца в условиях «диффузионного раскисления 87
4.2. Исследование технологии выплавки конструкционной стали в дуговых электропечах с использованием отвального шлака металлического марганца 88
4.3. Исследование технологии выплавки высокомарганцевой стали методом переплава 95
4.4. Исследование возможности применения отвального шлака при выплавке высокомарганцевой стали... 112
4.5. Выводы 121
Глава 5. Промышленное опробование и внедрение результатов разработанных технологий 124
5.1. Выплавка конструкционных сталей 124
5.2. Выплавка высокомарганцевой стали методом переплава 130
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
- Особенности выплавки конструкционных марок электростали
- Контроль физико-механических свойств и износостойкости стали
- Термодинамика и кинетика взаимодействия марга-нецсодержащих расплавов металла и шлака
- Исследование технологии выплавки конструкционной стали в дуговых электропечах с использованием отвального шлака металлического марганца
Введение к работе
ХХУТ съезд КПСС поставил задачу дальнейшего увеличения объема, и улучшения качества металлопродукции при всемерной экономии топлива, энергии, сырья и материалов, широком использовании комплексной их переработки, малоотходной, безотходной и энергосберегающей технологии, при максимальной утилизации вто -ричных ресурсов / I /.
Для успешного выполнения поставленной задачи в области обеспечения роста выплавки стали, с учетом увеличения доли экономнолегированных и легированных конструкционных марок, позволяющих при незначительных дополнительных затратах существенно повысить надежность и долговечность изделий, машин и сооружений, необходимо дополнительное количество ферросплавов, ведущее место среди которых занимают марганцевые сплавы. В общем объеме выплавляемых ферросплавов доля марганцевых сплавов составляет около 44$ / 2 /.
Марганец для большинства марок стали является не только полезным, но и незаменимым элементом и широко применяется для раскисления и легирования. Средний расход марганца в черной металлургии СССР составляет 7...9 кг/т стали / 3 /. Мировая потребность в марганце для получения стали к концу XX века составит свыше 10 миллионов тонн / 4 /.
Ферросплавная промышленность страны, особенно производство сплавов марганца,достигла качественно нового уровня, возросли единичные мощности электропечей, внедрены в производство закрытые герметичные печи, однако в связи с непрерывным увеличением объема .производства. стали и закономерным для всех месторождений обеднением руд, в последние годы все виды марганцевых сплавов
становятся все более дефицитными /5/. Последнее усугубляется несовершенством действующих технологических процессов во всех звеньях производства марганца. При добыче марганцевой руда потери марганца составляют 5...10%, при ее обогащении в виде шламов теряется еще 25...30%, примерно столько же марганца теряется в ферросплавном и сталеплавильном производствах. Таким образом, только около 40% марганца, добытого из недр, переходит в готовую продукцию /6/.
В этих условиях главным резервом удовлетворения потребности сталеплавильного производства в марганце, при существующем уровне добычи руды, является снижение его потерь при выплавке ферросплавов и последующем производстве стали. Существенная доля марганца (около 22%), при общей его потери 25...30% на стадии производства марганцевых ферросплавов, теряется с неизбежно образующимися марганецсодержащими шлаками /7, 8/. Только на заводах ВПО "Союзферросплав" в 1982 году при производстве сплавов образовалось 2,4 миллиона тонн отвальных шлаков со средним содержанием около 15% марганца /6/. Отвальные шлаки производства марганцевых ферросплавов содержат 14.,.18% марганца при относительно низком содержании фосфора, тогда как в добываемой из недр марганцевой руде концентрация марганца составляет 22...28% при 0,2...0,3% фосфора /9/. Использование и переработка этих отходов не только сбережет.первичные материалы и повысит эффективность основного .. процесса, но и окажет положительное влияние на уменьшение загрязненности окружающей среда.
В последнее время выполнен ряд работ (ЦНЙИЧМ, ДУІетИ, УкрНИИспецсталь, УралНРШермег и др.) по утилизации и переработке различных видов марганецоодержащих отходов. Эти работы ведутся в двух направлениях: для строительной индустрии и для металлур -
гической промышленности. Наиболее полно в промышленном масшта-
бе разработано первое направление, которое позволяет освободить земельные площади, занятые под отвал, снизить расхода на транспортировку и складирование шлака. Однако„в этом случае не ре -шается коренной вопрос утилизации марганца из шлаковых отвалов. Ежегодно в вице строительного материала безвозвратно теряется 150...200 тыс.тонн марганца / 9 /.
Учитывая дефицитность марганцевых сплавов и трудность расширения их производства, более рациональным и перспективным является второе направление. На основании обширных исследований разработаны эффективные технологии повышения извлечения марганца путем использования марганцевых шлаков при выплавке ферроспла -вов / 10... 17 /, в доменном /18, 19 / и сталеплавильном производстве / 20...29 /. Однако только 3,5$ марганцевых шлаков ис -пользуется как технологический материал, а высокоосновной шлак (В >> 1,5) производства металлического марганца, содержащий 13...17% марганца, наиболее чистый по вредным примесям, до нас -тощего времени полностью поступал в отвалы / 8 /. В то же время применение отвальных шлаков металлического марганца является важным резервом экономии марганцевых сплавов в металлургии.
В связи с вышеизложенным, цель настоящей работы заключа -лась в разработке пригодной для условий массового производства малоотходной и энергосберегающей технологии выплавки электростали с использованием отвального шлака производства металлического марганца, обеспечивающей достаточно высокий уровень использова -ния и усвоения марганца, без снижения технико-экономических по -
казателей плавки и качества металла.
В.задачи исследования входило:
I. Изучение физико-химических свойств отвальных шлаков металлического марганца.
Анализ термодинамических и кинетических условий восстановления закиси марганца из этих шлаков и исследование влияния технологических факторов на степень извлечения марганца из них.
Разработка технологии электроплавки конструкционных углеродистых, легированных и высоколегированных марок стали с использованием отвального шлака металлического марганца и исследование . качества металла.
Изучение потерь марганца при выплавке высокомарганцевой стали методом переплава.
Промышленное опробование и внедрение результатов исследований в производство.
Актуальность разработок подтверждается заданиями, предусмотренными письмом Госплана СССР В 23-464 от 24.08.1981 года, Всесоюзной комплексно«*це левой программой "Металл" (приказ Минвуза СССР № 454 от 12.01.1982 г.), региональной комплексно-целевой программой "Сталь" (раздел 2: "Марганец"), утвержденной Президиумом АН УССР, Днепропетровским обкомом Компартии Украины и Приднепровским научным центром, решениями Всесоюзных и Республиканских научно-технических конференций по-проблеме рациональ -ного использования марганца.
Исследования проводили в литейной лаборатории Запорожского ордена "Знак Почета" машиностроительного института имени В.Я.Чубаря и сталелитейных цехах Криворожского Центрального рудоремонтного завода горно-обогатительного оборудования имени 60-летия образования СССР.
В результате проведенных исследований установлено, что отвальные шлаки металлического марганца являются ценным металлургическим сырьем в условиях восстановительной плавки в дуговых
8 электропечах. Высокая технологичность этих шлаков обусловлена относительно низкой температурой их плавления, высокой основностью и чистотой по вредным примесям, устойчивостью против влагопоглощения и наводораживания.
В диссертации получены следующие результаты, которые выносятся на защиту:
уточненные и установленные параметры физико-химических свойств отвальных шлаков металлического марганца;
термодинамические и кинетические параметры восстановления марганца в условиях электроплавки стали с применением от -вальных шлаков металлического марганца;
установленные на основании опытных данных функциональные зависимости влияния состава металла и шлака на остаточное содержание марганца в восстановительном шлаке;
малоотходные и энергосберегающие технологические процессы электроплавки конструкционных углеродистых, легированных и высоколегированных марок стали с применением отвального шлака металлического марганца, обеспечивающие экономию марганца и высокий коэффициент его использования (90...95$). Новизна технологий подтверждена авторским свидетельством $ 1062272 и.положительным решением по заявке Ш 3610935/22-02 от 3.01.84 г.
Результаты настоящей работы внедрены в производство на Криворожском Центральном рудоремонтном заводе горно-обогатительного оборудования им. 60-летия образования СССР МЧМ УССР. Годо -еой экономический эффект, полученный только за счет экономии легирующих и шлакообразующих материалов и электроэнергии, составил 89760 руб.
-Автор.выражает глубокую признательность своим коллегам по работе - сотрудникам кафедры "Машины и технология литейного
производства" Запорожского ордена "Знак Почета" машиностроительного института им. В.Я. Чубаря, работникам Криворожского Цент -рального рудоремонтного завода горно-обогатительного оборудова -ния им..60-летия образования СССР и Запорожского завода ферро -сплавов.
По материалам диссертации опубликовано 10работ, отражаю -щих основные положения исследований.
Особенности выплавки конструкционных марок электростали
Конструкционные стали широко применяются для изготовления различных деталей машин, механизмов и сооружений и поэтому к ним предъявляются высокие требования по механическим свойствам и хладостойкости / 31, 54 /. Такой металл можно получить, используя электроплавку, возволяющую получать жидкую сталь заданного химического состава с определенными физико-механическими и литейными свойствами, с минимальными затратами времени, материалов и энергоресурсов. Основные положения теории и технологии электроплавки стали были разработаны и описаны в трудах советских ученых А.М.Самарина / 84 /, Ф.ЇЇ.Еднерала /57 /, В.Н.Григоряна / 70 /, А.Д.Крамарова / 66 /, Ю.А.Щульге / 85 /, Д.Я.Поволоцкого / 30 /, Н.М.Чуйко / 73./.
Известно, что механические и эксплуатационные свойства стали зависят от химического состава (степени легирования, содержания углерода, вредных примесей, неметаллических включений) и термической обработки. Как отмечалось ранее, марганец оказывает огромное влияние на повышение качества стали. В связи с этим в последнее время все более широкое применение находят марганцевые, кремнемарганцевые, хромомарганцевокремнистые, хромомарганцево -никелевые конструкционные марки стали. Однако, многолетний опыт производства и многочисленные исследования по разработке рациональной технологии электроплавки показали широкие возможности существенного улучшения качества стали за счет совершенствования металлургических процессов плавки / 86 /.
Различают два пути улучшения качества конструкционной стали: I) уменьшение содержания вредных примесей; 2) применение рациональных методов раскисления-модифицирования. В первом случае значительно повышается степень чистоты стали, во втором благо -приятно изменяется природа и форма включений.
Следовательно, одной из важных задач современной электрометаллургии стального литья является снижение содержания вредных примесей в стали, к которым,в первую очередь,относятся сера, фосфор, кислород.
Сера - одна из наиболее вредных примесей в стаж. Растворимость ее в твердом технически чистом железе очень мала - менее 0,003$. Из диаграммы состояния железо-сера / 30 / видно, что предельная растворимость серы в аустените при 1365С составляет 0,05$, а при 1000С - 0,013$. В феррите растворимость серы нич тожна (0,002...О,00$). Добавка легирующих элементов несколько увеличивает ее растворимость, однако практически можно считать, что сера в твердой стали находится в форме сульфидных включений / 31 /. По данным. Лукашевич-йгвановой 10.Т. /85/J сера в конструкционной углеродистой стали находится в виде комплексных сульфидов марганца (75%) и железа (25%). Исследованиями последних лет доказано, что состав сульфидного остатка зависит от соотношения марганца и серы и представляет собой включения типа Мпхг _у j / 87 /. Яри отношении марганца к сере равном 1,5 сталь содержит более 80% сульфидов марганца, а при отношении выше 10 в составе сульфидов содержится более 95% сульфида марганца и менее 5% сульфида железа.
Ю.А.Щульте и другие /31,86,88,89/ установили, что при снижении содержания серы в углеродистых и легированных сталях от 0,05% до.0,01 % ударная вязкость повышается в 2...3 раза. На рис.1.3 показано влияние содержания серы на степень чистоты (индекс загрязнения 1 10 ) и.показатели ударной вязкости стали типа 09Г2 (0,11% С , 1,6%Мп; 0,26$ SL ; 0,005%Р ; 0,003... 0,04$ S ; 0,04%А; 0,004...0,01% 0 ; 0,0004% N ). Как видно, с увеличением содержания серы однозначно повышалась загрязненность стали сульфидными включениями, что и определяло общий уровень загрязнения стали. Впервые полученные для конструкционной стали столь низкие содержания серы (0,003%) позволили выя -вить важные зависимости, показавшие, что наибольший рост удар -ной вязкости и пластичности наблюдается при содержании серы до 0,010%.
Подобные зависимости оказались справедливыми как для деформированных, так и для литых сталей. На рис.1.4 представлены результаты испытания ударной вязкости литой и катаной стали 09Г2 с фракционными присадками сернистого железа / 88 /. Испы Влияние содержания серы на показатели ударной вязкости при +20 С и -60С и индекс загрязненности включениями (I) стали типа 09Г2 / 31 /
Контроль физико-механических свойств и износостойкости стали
Физико-механические свойства являются.наиболее объективным интегральным показателем качества стали. Здесь суммируется влияние важнейших технологических параметров,таких как химический состав, газосодержание, природа неметаллических включений, характер кристаллизации, однородность и тип структуры и т.д. Плотность стали определяли методом гидростатического взвешивания /155/ на образцах 7x7x15 мм, вырезанных из плотных заготовок стали (по три образца на вариант). Взвешивание проводили на аналитических весах АДВ-200 с точностью до -0,1 мг. Значение физической плотности стали ( Рм ) рассчитываем по формуле: где ГП-1} т ГПз " соответственно масса образца на воздухе; с подвеской на воздухе, с подвеской в дистиллированной воде, кг; плотность .дистиллированной воды при тем-ж пературе взвешивания образца, кг/м. Механические свойства стали контролировали на литых образцах (ГОСТ 977-75 и ГОСТ 2176-77), изготовление которых отличается небольшой трудоемкостью и позволяет производить исследования в больших объемах. Испытание.на разрыв производили на машине марки ИРМ-50 по ГОСТ 1497-61. Определение производили на образцах ft 10 мм по ГОСТ 1497-73. Ударную вязкость определяли на образцах типа I (менаже) по ГОСТ 945Ф-78 на маятниковом копре MK-30JI. Под износостойкостью стали понимают способность ее оказывать сопротивление различным видам износа в процессе эксплуатации или испытания. Наиболее общей характеристикой износостой -кости стали является ударно-абразивная стойкость. Ударно-абразивную стойкость исследуемых сталей (образцы размером 10x10x20) определяли на полупромышленной установке -лабораторной шаровой мельнице. Испытания проводили.в течение 120 часов при помоле кварцитового щебня фракции 3...5 мм. В качестве эталона применяли образцы из стали У8 (твердость 200... 220НВ). После испытаний образцы промывали ацетоном и взвешивали на весах АДВ-200. Величины разброса в потере веса образцов (среднее по 3 образцам) составляла - 7% от среднего значения. Относительная износостойкость определялась по формуле: Значительное влияние на свойства сталей и сплавов оказывают неметаллические включения, присутствующие в твердом готовом металле.
Состав, строение, их форма и размер, характер распределения во многом определяют качество металла. Количество неметаллических включений, находящихся в металле, являются мерой степени загрязненности его. Оценку загрязненности стали по неметаллическим включениям проводили на металлографических микроскопах МТМ-7 и МИМ-8 при увеличении хЮО, х200, х500. Неме таллические включения изучали на полированных и травленных шлифах в отраженном, поляризованном свете и темном поле зрения. Неметаллические включения довольно объективно идентифицируются под оптическим микроскопом по их оптическим характеристикам, цвету и форме. Классификацию включений проводили в соответствии с данными и рекомендациями работ /156...158/. Для выявления оксидов марганца и железа проводили травление шлифа 15%-ным спиртовым раствором г1Съ в течение 5 мин /159/. По форме включения разделяли на три типа по классификации Симса и Зэля /31/. (2.14) Дяя количественной оценки загрязненности стали неметаллическими включениями применяли метод "JT (линейный метод), разрабо -тайный в Запорожском машиностроительном институте /31/. Метод "Л" внесен в ГОСТ 1778-70. Оценка загрязненности металла по методу "I" выражается индексом загрязненности 1Н -отношением суммарной длины всех включений, попавших в подсчет, ко всей длине маршрута подсчета. где - цена деления окулярной шкалы при данном увели чении, в мкм; - среднее значение размеров включений в делениях окулярной шкалы; - количество включений данной группы; - длина подсчета в мкм (длина подсчета додана быть не менее 3 10 м и охватывать периферийные и центральные зоны литых проб). Для определения химического состава, неметаллические включения изучались методом локального рентгеноспектрального анализа на установке МАР-2. Для получения информации об изменении концентрации элементов в исследуемых включениях электронный луч проводился по маршруту наибольшей оси их поверхности. За условный критерий содержания элементов принималась величина интенсивности излучения - число импульсов в секунду» В качестве эталона использовали чистые элементы или соединения с известным содержанием элементов. Отношение интенсивности излучения образца и эталона в первом приближении характеризовало содержание данного элемента в неметаллических включениях. Путем непрерывной записи характеристического рентгеновского излучения на .диаграммную ленту самопишущего потенциометра ЭШ-09 получали соответствующие маро-граммы состава включений. Для надежного контакта электронного зонда с неметаллическими включениями поверхность образца напыля-ли электропроводящим углеродным.слоем (порядка 100 А ) на напы -лительной установке Подобный микроанализ неметаллических включений позволил определить топографию распределения химических элементов, входящих в состав включений, а также их содержание.
Термодинамика и кинетика взаимодействия марга-нецсодержащих расплавов металла и шлака
С целью изучения возможности восстановления марганца из отвального шлака металлического марганца при производстве электростали был проведен термодинамический и кинетический анализ поведения марганца в системе металл-шлак. Плавки стали проводили в печи Таммана в тиглях из плавленного магнезита в атмосфере аргона.
Поведение основных элементов металла и шлака изучали при контакте отвального шлака производства металлического марганца с расплавом среднеуглеродисгой стали типа 25Л (0,24% L ; 0,47%МП; 0,2$ uL ; 0,012% Р ; 0,025% 5 ) (вариант А) и высокомарганцевой стали типа ІІ0ГІЗІ (1,24 С ; П,%Мп ; 0,78% Si ; 0,024% Р ; 0,005% S ) (вариант Б). Отвальный шлак (44, СаО; 27,6%5L02 ; 2I,$MnO; 0,20% FeO ; 4,0%MgO ; 2,I%At,03; 0,017% P205 ; 0,11% 5 ) присаживали в количестве-20% от веса металла. Методака эксперимента.описана.в разделе 2.3 ции основных компонентов металла и шлака в процессе выдержки. Как видно из рис.3.3, 3.4 в процессе выдержки металла в контакте со шлаком по варианту А происходило повышение марганца в металле и ( FcO) в шлаке. С повышением температуры степень и скорость восстановления марганца повышаются, что указывает на эндотермичность процесса. Следовательно, можно предположить, что равновесие в этой системе регулируется реакцией:
Окисление кремния можно объяснить тем, что с увеличением содержания (гСи)в шлаке происходит повышение содержания кислорода в пограничном слое, который вступает во взаимодействие с кремнием.
В случае взаимодействия Fe-Mn-C-Si расплава со шлаком (вариант Б) происходило повышение марганца и снижение кремния в металле (рис.3.6). При этом содержание закиси железа в шлаке не изменялось (рис.3.5), что можно объяснить низкой активностью кислорода в металле (при I600C О, = 0,0010). Повышение температуры приводило к снижению количества восстановившегося марганца из шлака, что указывает на экзотермичность процесса. Следовательно, в этом случае равновесие в системе регулируется реакцией: рассчитали равновесное содержание марганца в металле. Активность компонентов шлаковой фазы (см.табл.3.1) определяли по методике А.Г.Пономаренко, описанной в разделе 2.3. Химический состав ме -талла и коэффициенты активности элементов представлены в табли -це 3.2.
Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по содержанию марганца в металле показало, что полученные по формуле (3.5) значения близки к опытным для металла, характерного по составу среднеуглеродисгым сталям, и значительно отличаются, особенно при низких температурах, для высокомарганцевой стали (см.табл.3.2). Обработка экспериментальных данных.позволила вывести зависимость константы равновесия реакции (3.4) для случая взаимодействия расплавов высокомарганцевой стали и отвального шлака вариантах отсутствует окисление углерода металла по реакции:
Известно /81, 168/, что поверхностно-активные вещества, присутствующие в расплаве, оказывают тормозящее действие на окисление углерода. Поскольку марганец является сильным поверхностно-актив ным элементом /32,70,169/, равновесное содержание углерода рассчитывали с учетом поверхностной концентрации марганца, определенной по методике С.Й.Попеля /169/. Константу равновесия реакции (3.8) приняли по данным / 68 /.
Установили, что критическое содержание углерода, выше которого будет протекать процесс восстановления марганца углеродом расплава, для средаеуглеродастой стали 0,77$ при 1650С и для высокомарганцевой - 4,8$ при 1600С. Полученные результаты хорошо согла -суются с данными,приведенпыми в работе / 26 /. Поэтому, восстановление закиси марганца для случая среднеуглеродистой и высокомарганцевой сталей углеродом расплава невозможно. Для восстановле -ния марганца из шлака углерод необходимо давать в шлак в виде электродного боя или кокса в количестве больше равновесного.
Обработка результатов восстановления марганца из шлака при 1600С позволила установить зависимость между количеством вое -становленного марганца ( СЫп ) и временем выдержки ( ЧГ ), которая выражается:
Для варианта А Пропорциональность количества восстановленного марганца корню из времени указывает на то, что в обоих случаях процесс восстановления марганца лимитируется .диффузией / 70 /. При этом повышение содержания марганца в металле приводат к снижению скорости перехода марганца из шлака в металл примерно в 1,5 раза, что хорошо согласуется с результатами работы /81/. В то же время степень восстановления марганца из шлака в условиях плавки металла в нейтральной атмосфере составляла 22...37 .
В результате проведенных исследований и расчетов установ -лено, что при контакте отвального шлака металлического марганца с металлом, характерным для среднеуглеродистых конструкционных сталей, распределение марганца между металлом и шпаком опреде -ляется протеканием процесса по реакции (3.3). Следовательно, повышая температуру и активность закиси марганца в шлаке и снижая активность (содержание) закиси железа в шлаке, т.е. провода .диффузионное раскисление, можно добиться восстановления марганца из отвального шлака. При контакте отвального шлака с высокомар -ганцевым расплавом (сталь ІІ0ГІЗЯ) равновесное содержание марганца в металле определяется условиями равновесия реакции (3.4). В этом случае, повышая активность закиси марганца и снижая активность кремнезема в шлаке, регулируя температурным режимом и при -меняя для раскисления шлака углерод выше критического содержания, можно также добиться восстановления марганца из отвального шлака.
Исследование технологии выплавки конструкционной стали в дуговых электропечах с использованием отвального шлака металлического марганца
Исследования проводили при выплавке стали ЭОЛ (0,27... 0,35$ С ; 0,40...0,90$Mf1 ; 0,20...0,42$$1 ; 0,05$ Р ; 0,05$S) методом окисления в основных дуговых печах ДО-1,5.
После удаления окислительного шлака и ввода в металл 0,5 кг/т алюминия (на штанге) наводили рафинировочный шлак из отвального шлака металлического марганца (35 кг/т.стали) и извести в количестве 5...7$ от веса завалки. Через 7...10 мин. образовывался гомогенный жидкоподвижный шлак, что хорошо согласуется с данными лабораторных плавок. Раскисление шлака проводили раскислите льной смесью (известь, молотый кокс, порошкообразный 65$,ферросилиций в пропорции 5:2:1) в количестве 8 кг/т стали в 2...3 приема. В качестве разжижигеля шлаков использовали только бой шамотного кирпича, для того, чтобы исключить влияние плавикового шпата на физические свойства и рафинирующую способность шлаков. Во время рафинировки отбирали пробы металла и шлака. Изменение концентраций марганца и серы в металле, закиси марганца и закиси железа в шлаке приведены на рис.4.1. После корректировки.по химическому составу и достижению требуемой температуры за 2...3 минуты до выпуска в ванну на штанге вводился алюминий из расчета 0,7 кг/т. Выпуск металла осуществляли совместно со шлаком при энергичном смешении в ковше. Из рис.4.I видно, что уже в первые 15...20 минут рафинировки восстанавливалось основное количество марганца (около 70$). К концу периода содержание закиси марганца и железа в шлаке составляло до 2,0$ и до 0,8$ соответственно. Степень извлечения марганца из шлака достигала 90...95$.
Сера-одна из наиболее вредных примесей в стали. При прочих равных условиях с уменьшением ее содержания свойства стали улучшаются /31, 56 и др./. Одной из важных зацач, решаемой при.раз -.. работке технологии выплавки электростали с использованием отвального шлака, является наиболее полная десульфурация. Как отмеча -лось выше, закись марганца выполняет вспомогательную, но достаточно существенную роль при десульфурации стали /42,70,90,102/. Повышенное содержание закиси марганца в шлаке в начале рафиниров ки способствует быстрому растворению извести и получению гомо -генного высокоосновного шлака, обладающего повышенной серопогло-тительной способностью. Кроме того (MnO ) является основным оксидом, способным к фиксированию в шлаке аниона 5
Снижение содержания серы в металле наблюдалось уже в первые минуты рафинировки (рис.4.І). В дальнейшем десульфурация проходила в процессе диффузионного раскисления и выпуска металла и шлака с интенсивным перемешиванием в ковше. Степень десудь ра-ции составляла 50...60$. Установлено, что наиболее высокой рафинирующей способностью обладала шлакообразующая смесь, состоящая из 35 кг/т стали отвального шлака, 18 кг/т стали извести (степень десульфурации 60$). Следовательно, оптимальное соотношение от -. вального шлака и извести в шлакообразующей смеси составляет 2:1.
Химический состав, индекс загрязненности неметаллическими включениями и физико-механические свойства стали ЗОЛ, выплавленной с применением отвального шлака металлического марганца, представлены в табл.4.2. Из таблицы видно, что во всех плавках содержание марганца в стали находится в пределах марочного состава. Это достигалось только за счет восстановления марганца из шлака.
Механические свойства стали полностью отвечают требованиям ГОСТ 977-75 «ЭБ 480 МПа, $ 17,0 ЗО КСи О.ЗбМДж/м2).
Результаты механических испытаний подтверждены микрофракто-графическими исследованиями. Структура микроизлома металла представляла чередование участков вязкого, чашечного излома и отдельных зон разрушения по междендритным участкам (рис.4.2). Причем, вязкий излом был преобладающим. Такой вид микроизлома является характерным для среднеуглеродистызс литых сталей с содержанием серы в пределах от 0,015 до 0,025$ /170/. Содержание газов в металле находилось на уровне обычной технологии выплавки электростали и колебалось в пределах [ 0 ] = 0,0037...0,004]$, [N 3 = 0,010...0,01]$, [ Н ] =3,9... 4,4 см3/100 г / 30 /.
Металлографические исследования показали, что во всех случаях в стали наблюдался в основном Ш тип неметаллических включе-ний, состоящих из сульфидов марганца (рис.4.3).
Проведанные исследования показали, что при выплавке конструкционной электростали, для марок, где марганец не является легирующим элементом, ферромарганец может быть полностью заменен присадками отвальных шлаков металлического марганца. В связи с дефицитом ферромарганца в современной электрометаллургии все в большей степени применяется метод переплава легированных отходов, которые сегодня рассматриваются как "бедные ферросплавы". Поэтому настоящий раздел диссертации посвящен анализу основных статей потерь марганца при этом методе выплавки высокомарганцевой стали. Исследования проводились на Криворожском Центральном рудоремонтном заводе горно-обогатительного оборудования при произ -водстве стали ІІ0ГІЗІ методом переплава в основных дуговых печах ДС5МТІ Бес плавки составлял примерно (с учетом перегруза) 8 тонн. В составе шихты использовали в завалку 100$ высокомарганцевой шихты.
В качестве шихтовых материалов применяли собственный возврат марганцовистого литья (литники, забракованные отливки) и по купной лом марки Б 22 (ГОСТ 2787-75). На подину печи перед за -валкой задавали известняк в количестве до 2$ от веса шихты. После полного расплавления шихты наводили рафинировочный шлак из известняка в количестве 2...3# от веса металлозавалки. В качестве разжижителей шлака при необходимости применяли бой шамотного кирпича или плавиковый шпат. На протяжении всей рафи-нировки шлак раскисляли раскислите льной смесью, состоящей из молотого 75$ ферросилиция и молотого кокса в соотношении 2:1 по массе в количестве 5...10 кг/т стали. После корректировки плавки по химсоставу, получения светлого шлака и нагрева металла до температуры I520...I540C плавку выпускали. Конечное раскисление металла производили в ковше алюминием в количестве 0,4 кг/т и титановой губкой в количестве 2,0 кг/т.
Для определения основных статей потерь марганца и влияния технологических факторов на их величину проведена серия балансовых плавок. Шихту составляли из маркированных отходов и возврата высокомарганцевой стали. Все расходуемые материалы и продукты плавок взвешивали. При составлении балансов вес металла каждого периода определяли по методике, принятой в работе /171/. Вес первичного самородного шлака определяли, исходя из допущения о том, что весь титан металлозавалки окисляется к началу рафини -ровки. По ходу плавок отбирали пробы металла и шлака. Результаты балансовых плавок приведены в табл.4.3; 4.4 и на рис.4.4.
