Если что-то и отличает плавную работу электродуговой печи от ужасной, так это качество сырья. Ваш лом — это самое дешевое сырье, а иногда и самое проблемное. Правильное загрузочное давление обеспечит плавный расплав; неправильное — приведет к скачкам содержания фосфора, чрезмерному времени между розливами и потерям сплава. В этом руководстве рассматривается, что именно поступает в электродуговую печь, на что следует обращать внимание и как опытные операторы управляют этими переменными.
Металлолом: суть процесса
Почему нужно выбрасывать брак? Контроль качества – это всё.
В большинстве цехов электродуговой плавки лом составляет от 60 до 100 процентов металлической загрузки. Это означает, что химический состав, плотность и чистота вашего лома напрямую определяют температурный режим плавки. Хорошо отсортированный лом известного качества плавится быстрее, требует меньше корректирующих химических добавок и дает более чистую сталь. А вот лом неизвестного качества — это уже риск, который окупится временем и необходимыми добавками.
Суть не только в теории. Качество лома влияет на:
- Скорость плавления (плотность и размер имеют огромное значение).
- С каким количеством фосфора и серы вы боретесь в период окисления
- Выводят ли остаточные элементы (Cu, Sn, Cr, Ni) за рамки технических требований?
— Сколько водорода вы поглощаете (ржавый, замасленный лом — это реальная проблема)
— Насколько безопасно можно заряжать устройства (герметичные контейнеры убивают людей)
Сортировка металлолома: купленный и возвращенный домой.
На практике отходы делятся на две основные категории, и управлять ими следует по-разному.
Приобретенный металлолом поступает туда, где его нашел торговец — со площадок сноса зданий, списанных автомобилей, с предприятий по разборке оборудования. Его состав не имеет значения, и вы можете точно не знать, что это такое. В рамках приобретаемого металлолома важны несколько подкатегорий:
- Тяжелый лом: листовой металл, заготовки, конструкционные профили толщиной более 6 мм. Плотный, медленно плавится, но имеет высокий выход готовой продукции. Хорошо подходит для дна бункера.
- Средний лом: толщина 3–6 мм. Профильная сталь, трубы, детали машин. Это ваш основной загрузочный материал.
- Легкий металлолом: тонкие листы, жесть, проволока. Низкая плотность, большой объем. Прессуйте его в тюки перед тем, как положить в ковш, иначе вам придется заряжать его весь день.
- Измельчённый металлолом: кузова автомобилей и тому подобное, обработанные в шредере. Однородный размер частиц, умеренная насыпная плотность, относительно чистый. Многие предприятия ценят его за стабильные свойства при плавлении.
Внутренний лом (также называемый отходами производства) — это остатки обломков, брак и прокатный лом, образующиеся на вашем собственном заводе. Его химический состав известен, поскольку вы изначально производили эту сталь. Это высококачественное сырье, особенно для легированных марок, где необходимо извлекать дорогостоящие элементы, такие как никель, молибден или хром. Сортируйте его по маркам, храните отдельно и используйте с умом. Ведро с отходами нержавеющей стали марки 304, поступающими в плавку 304, по сути, представляет собой предварительно легированный лом. Это реальная экономия денег.
Как выглядит обрезки бумаги "Good"
Опытные скупщики металлолома вырабатывают в этом чутье, но вот непреложные правила:
Чистая поверхность, минимальная ржавчина. Ржавчина означает наличие влаги, а влага означает поглощение водорода. Хуже того, застрявшая вода, превращающаяся в пар в расплавленной ванне, может вызвать сильные выбросы — реальную опасность. Замасленный лом ничуть не лучше; он сгорает в виде дыма и засоряет пылеуловитель. В лучших мастерских есть защищенные от непогоды площадки для приема металлолома. Если вы покупаете лом, который пролежал под дождем, вы напрашиваетесь на неприятности.
Никаких цветных металлов. Медь и олово — главные враги. Они не выгорают в печи — то, что попадает внутрь, остаётся внутри. Содержание меди выше 0,3% начинает вызывать проблемы с горячим деформированием при прокатке. Олово усугубляет ситуацию. Алюминий, свинец, цинк — ни одному из этих металлов не место в вашем контейнере. Хорошие пункты приема металлолома используют системы разделения, но как завод, вы должны иметь собственную систему входного контроля. Искровой контроль и спектрометрия — это не просто желательная мера; это базовый контроль качества.
Категорически запрещается использовать герметичные контейнеры. Это правило безопасности, а не правило качества, но оно здесь уместно, потому что последствия могут быть очень серьезными. Герметичная труба или газовый баллон нагреваются, давление повышается, и они могут взорваться внутри печи. Люди погибали таким образом. Каждый пункт приема металлолома, снабжающий цех электродуговой печи, должен пройти строгий протокол проверки и сортировки. Никаких исключений.
Известный химический состав. Для покупного лома это самая сложная часть. Вы можете приблизительно определить содержание углерода и легирующих примесей с помощью искрового анализа. Вы можете провести спектрометрическое исследование образца. Но для смешанных партий часто приходится работать с неполными данными. По возможности сортируйте по сорту. Все остальное храните отдельно, пока не определите, что у вас есть.
Разумный размер и насыпная плотность. Слишком длинный лом не пройдет через дверцу печи и может забиваться в ковш или печь, образуя дугу из лома, которая не плавится. Как правило, ничего не должно превышать примерно одну треть или половину диаметра горловины печи. Насыпная плотность также имеет значение: слишком легкий — и вы загружаете три ведра для одной плавки; слишком плотный — и дуга не сможет проникнуть, оставляя нерасплавленный материал внизу. Оптимальный показатель составляет примерно от 0,6 до 1,5 т/м³.
Контроль содержания серы и фосфора. В идеале содержание серы и фосфора в обычном ломе должно быть ниже 0,05%. Лом с высоким содержанием фосфора не является критической проблемой, но увеличивает период окисления и сжигает больше шлакового материала. Знайте, что вы покупаете.
Легирующие материалы: правильный выбор химического состава.
Что они на самом деле делают
Легирующие добавки корректируют химический состав расплавленной стали, чтобы конечный продукт соответствовал техническим требованиям. Некоторые из них являются в основном раскислителями, которые также добавляют легирующие элементы (кремний, марганец). Другие представляют собой чистые легирующие добавки (никель, молибден, хром). Искусство заключается в добавлении их в нужное время и в правильной пропорции, чтобы достичь желаемого результата без лишних затрат дорогостоящих элементов.
Обычные ферросплавы
Если вы хоть раз бывали на складе ферросплавов, то знаете, какой длинный там список необходимых материалов. Вот те, которые вам действительно понадобятся при каждой плавке:
Ферросилиций (FeSi). Наиболее распространенный сорт — 75% Si. Он подвергается деоксидации и добавляет кремний. Размер частиц имеет значение: слишком крупные частицы не растворятся до того, как их успеют слить; слишком мелкие — потеряются в пылесборнике. Типичный размер — 10–50 мм.
Ферромарганец (FeMn). Выпускается в высокоуглеродистых (2–8% C), среднеуглеродистых (0,7–2% C) и низкоуглеродистых (≤0,7% C) вариантах. Ваш выбор зависит от того, какой уровень углерода вы можете допустить при его добавлении. Если вы завершаете плавку с низким содержанием углерода, высокоуглеродистый FeMn — плохой выбор.
Феррохром (FeCr). Необходим для любой плавки нержавеющей или легированной стали. Доступны высокоуглеродистые, среднеуглеродистые, низкоуглеродистые и сверхнизкоуглеродистые марки. В цехах по обработке нержавеющей стали расходуется огромное количество низкоуглеродистого феррохрома. Это дорого — обращайтесь с ним осторожно.
Ферромолибден (FeMo). Примерно 55–65% молибдена. Используется в легированных конструкционных и инструментальных сталях. Молибден дорог; важна степень его извлечения. Добавляйте его после того, как процесс раскисления уже идет полным ходом, иначе вы потеряете слишком много из-за окисления.
Другие специальные ферросплавы. Ферровольфрам для быстрорежущих сталей. Феррованадий для микролегирования (прочность и ударная вязкость). Ферротитан для раскисления и измельчения зерна. Ферробор для добавления следовых количеств бора. Каждый из них занимает свою нишу.
Чистые металлы
Иногда ферросплава недостаточно. Вам нужен чистый элемент:
- Никель: Электролитические никелевые пластины или гранулы. Необходим для никельсодержащих марок. Не окисляется, поэтому его можно добавлять на ранних стадиях производства.
- Алюминий: мощный раскислитель. Добавляется в виде проволоки, дроби или слитка. Добавляется на поздних стадиях — алюминий легко окисляется, и вы потеряете то, что добавили слишком рано.
- Металлический марганец: используется, когда необходим марганец без углерода, который содержится в высокоуглеродистом ферромарганце.
Как выбирать и обращаться с легирующими материалами
Несколько принципов, которыми руководствуются опытные плавильщики:
— Ознакомьтесь с результатами анализа. Каждая партия сплава должна иметь сертификат производителя. Если поставщик не может его предоставить, найдите другого поставщика.
— Подберите подходящий размер. Ничто не должно превышать примерно 100 мм. Вам нужно, чтобы оно быстро и полностью растворилось в ванне.
- Держите в сухом месте. Влага означает водород. Обжигайте сплавы перед тем, как поместить их в печь или ковш. Это особенно важно для мелкодисперсных сплавов, таких как феррованадий или алюминий.
— Подумайте о стоимости. Если вы можете добиться того же эффекта раскисления с помощью кремний-марганцевого сплава вместо отдельных добавок ферросилиция и ферромарганца, сделайте это. Обычно это дешевле и всегда проще.
Шлакообразующие материалы: как использовать шлак в своих интересах
Почему шлак важнее, чем вы думаете
Новички сосредотачиваются на расплавленной стали. Опытные плавильщики сосредотачиваются на шлаке. Именно в шлаке происходит настоящая металлургия: фосфор и сера выходят наружу, включения поглощаются, дуга экранируется, а футеровка защищается. Если допустить ошибки в работе со шлаком, ничего не получится.
Известь (CaO): Основа
Известь — важнейший шлакообразующий материал в электродуговой печи. Вам нужна мягкая (активная) известь — прокаленная при 900–1100 °C, пористая, с большой площадью поверхности, быстро растворяющаяся. Твердая известь (1200–1400 °C) более плотная и медленнее реагирует. Она работает, но значительно усложняет работу.
На что обращать внимание при выборе лайма:
Целевой параметр
Содержание CaO ≥85% (≥90% для активной извести)
SiO₂ ≤3%
Содержание серы ≤0,05%
Размер частиц 10–50 мм
Недостаточное/избыточное выгорание. Минимальное.
Если ваш поставщик извести поставляет вам пережженный материал, обсудите это с ним. Это влияет на время образования шлака и эффективность десульфуризации.
Флюорит (CaF₂): поток
Флюорит снижает температуру плавления и вязкость шлака. Он необходим для ускорения образования шлака на ранних стадиях плавления и для поддержания текучести восстановительного шлака. Но используйте его с осторожностью — более 15-20% веса извести начинает разъедать футеровку печи и попадать фтором в систему пылеудаления. В настоящее время во многих регионах действуют экологические нормы, ограничивающие выбросы фтора, поэтому это все чаще становится вопросом соблюдения требований, а также вопросом огнеупорности.
Доломит (CaCO₃·MgCO₃): защита футеровки печи.
Обожженный доломит обогащает шлак оксидом магния (MgO). Почему это важно? Потому что футеровка печи основана на магнии. Шлак с низким содержанием MgO растворит футеровку, чтобы достичь собственного равновесия. Шлак с достаточным содержанием MgO не повредит футеровку. Это простая концепция, которая окупается за счет увеличения срока службы огнеупорных материалов.
Прочие шлаковые материалы
В крайнем случае, вместо извести можно использовать известняк (CaCO₃), но в печи он эндотермически разлагается, поглощая тепло. Используйте его экономно.
Куски глиняного кирпича иногда используются для регулирования шлака в процессе восстановительной обработки, когда необходимо снизить основность.
Боксит (Al₂O₃) способен стабилизировать шлак и улучшить его характеристики при плавке некоторых высоколегированных сплавов.
Окислители: движущая сила реакций очистки
Кислород: основной инструмент
Кислород подается через фурму в ванну. Он одновременно выполняет три функции: обезуглероживание (образование CO₂, который приводит ванну в кипение), окисление фосфора для его удаления и выделение тепла, способствующего плавлению лома. В современных электродуговых печах используется несколько точек подачи кислорода — фурма, инжекторы на стенках, даже перемешивание снизу — для обеспечения тщательного контакта с ванной.
Давление и скорость потока кислорода регулируются в зависимости от стадии нагрева. Слишком высокая скорость на слишком раннем этапе приведет к тому, что расплавленная сталь будет выплескиваться из печи. Слишком низкая скорость затянет период окисления.
Железная руда и окалина
Железная руда (Fe₂O₃) добавляет кислород традиционным способом — она разлагается в горячей ванне и выделяет кислород. Это происходит медленнее, чем использование кислорода из фурмы, но полезно в качестве дополнительного окислителя, особенно на ранних стадиях плавки, когда образуется окислительный шлак.
Окалина (Fe₃O₄) — это оксидная окалина, отслаивающаяся в процессе прокатки. Она дешева, является окислителем и шлакообразователем. Во многих цехах её рассматривают как бесплатный побочный продукт. Используйте её.
Безопасное и эффективное использование окислителей
Несколько правил, которые помогут избежать головной боли:
— Не добавляйте окислители, пока не образуется расплавленная масса. Холодный окислитель на твердом ломе просто впитывается и не оказывает никакого полезного воздействия.
- Добавляйте железную руду небольшими порциями. Попадание большого количества холодного материала в горячую ванну может резко снизить температуру.
— Контролируйте подачу кислорода. Интенсивное кипение полезно; взрывы расплавленной стали из печи — нет.
Средства для удаления окисления: уборка ванной комнаты
Спектр силы
Средства для удаления окисления бывают разной степени эффективности — от сильнодействующих до слабодействующих. Их следует применять в определенной последовательности:
Сильные раскислители — алюминий является одним из главных. Обладает огромным сродством к кислороду. Обычно добавляется в качестве окончательного раскислителя, в количестве от 0,1 до 0,3% от массы расплава. Композиты из алюминия, марганца и железа сочетают в себе прочность алюминия с легирующей способностью марганца.
Среднесильные раскислители — стандартным раскислителем для осаждения является ферросилиций (75% Si). Ферромарганец выполняет двойную функцию: раскислителя и легирующей добавки. Кремний-марганцевый сплав (SiMn) — это композит, который работает лучше, чем две отдельные добавки: лучшее извлечение, меньшее образование включений.
Слабые деоксиданты — углерод, посредством реакции C–O, является классическим инструментом диффузионного деоксидирования в период восстановления. Марганец слаб, но помогает формировать продукты деоксидирования, облегчая их удаление.
Как на практике работает процесс деоксидации
У вас есть два основных механизма, и вы, как правило, будете использовать оба:
Осаждение путем осаждения означает добавление раскислителя непосредственно в расплавленную сталь. Образуются продукты раскисления, которые затем всплывают. Это быстрый и простой процесс, но некоторые продукты неизбежно задерживаются в расплавленной стали, прежде чем успеют всплыть.
Диффузионное раскисление означает добавление раскислителя в шлак, а не в сталь. Снижая активность кислорода в шлаке, вы создаете движущую силу для диффузии кислорода из стали в шлак. Это более медленный процесс, но он позволяет получить более чистую сталь.
В современной практике их почти всегда комбинируют: сначала проводят осаждение-раскисление для быстрого восстановления кислорода, а затем диффузионное раскисление под хорошо поддерживаемым восстановительным шлаком для максимально возможной очистки ванны.
Науглероживающие устройства: когда вам нужно больше углерода
Общие варианты
Иногда ванна поставляется с активированным углем. Вам нужно добавить уголь, и вы хотите добиться хорошего восстановления. Ваши варианты:
- Электродный лом: графит, высокое содержание углерода (≥95%), низкое содержание серы, отличная степень извлечения. Это премиальный вариант.
- Нефтяной кокс: высокое содержание углерода, низкое содержание золы, неплохой выход. Следите за содержанием серы.
- Пекиновый кокс: хорошее содержание углерода, низкое содержание золы, высокая эффективность извлечения.
- Чугун: содержит углерод (3,5–4,5%), а также кремний и другие элементы. Косвенный, но иногда полезный способ науглерожения.
Как заставить работать рекарбюризацию
Степень извлечения составляет от 80 до 95 процентов, но это зависит от способа обработки. Добавляйте науглероживающий материал при хорошем перемешивании ванн — он должен быстро раствориться и равномерно распределиться. Сначала просушите его. Добавляйте большие количества партиями; добавление всего сразу может привести к превышению целевого значения и перегреву науглероживающего материала, что является очень дорогостоящей ошибкой.
Остальная часть инвентаря
Материалы для ремонта печей
После каждого нагрева (или после нескольких нагревов, в зависимости от износа) вы заделываете днище и стенки. Магнезит (MgO) и доломит являются стандартными ремонтными материалами. В качестве связующего используется смола или силикат натрия. Горячее напыление — распыление огнеупорного материала на горячие стенки печи — является современным стандартом для ремонта больших площадей. Это быстрый процесс, который использует остаточное тепло для спекания ремонтного материала на месте.
Раскаленный металл как компонент заряда
Этому уделяется гораздо больше внимания, чем уделяется во многих учебниках. Добавление от 20 до 40 процентов расплавленного металла в заряд электродуговой печи действительно меняет правила игры:
- Тепловая энергия, выделяемая при окислении углерода и кремния, в сочетании с химическим теплом может снизить потребление электроэнергии на 100–200 кВт·ч на тонну.
— Время между нажатиями сокращается на 10–20 минут.
— Раскаленный металл разбавляет остаточные элементы из лома, обеспечивая более чистый химический состав с самого начала.
Компромисс заключается в том, что вам нужен источник горячего металла — либо из вашей собственной доменной печи, либо с расположенного поблизости интегрированного прокатного стана. Но там, где это возможно, загрузка горячим металлом стала стандартной практикой для современных высокопроизводительных цехов электродуговых печей.
Управление сырьем никогда не станет самой привлекательной частью сталелитейного производства. Но если все сделать правильно, все остальное станет проще. Заводы, которые рассматривают сортировку лома, учет легирующих примесей и обработку шлака как основные технические дисциплины, а не просто как решения о закупках, — это те, которые стабильно достигают своих целевых показателей по качеству, себестоимости и производительности.
