Рафинирование и раскисление сталей в индукционных тигельных печах

Процесс окисления металлической шихты начинается с момента её подогрева. Свое максимальное развитие этот процесс получает при плавке, причем особенно если шихтовые материалы содержат значительное количество окисленного скрапа углеродистых сталей.

Обычно окисленный скрап содержит влагу в виде абсорбированного слоя и при нагреве образующийся водяной пар будет взаимодействовать с железом с образованием FeO и образованием водорода H₂, которые будут растворяться в ванне расплава.

Процесс окисления примесей может быть произведен за счет подачи кислорода или воздуха в расплав. Образовавшиеся оксиды будут иметь меньший удельный вес и буду присутствовать в виде шлака.

Для удаления из расплава фосфора кроме присутствия FeO необходимо чтобы в шлаке содержалось достаточное количество CaO. Имеющийся CaO будет взаимодействовать с кремнием будут поглощать имеющиеся в расплаве примеси.

Для удаления из расплава серы необходимо обеспечить высокую концентрацию CaO и более низкую концентрацию FeO.

Причем по температурному режиму эти процессы тоже будут отличаться, с увеличением температуры и жидкоподвижности шлака процесс десульфурации протекает более интенсивно.

Рафинирование расплава от примесей возможно было бы провести за несколько минут, однако это трудно осуществить т.к. высокое содержание FeO может вызвать энергичное кипение ванны и выплескивание расплава и шлака из печи. Поэтому железную руду и окалину (как источник FeO) необходимо присаживать небольшими порциями каждый раз после успокоения ванны. По количеству присаживания: железная руда 3-5 % от массы металлической шихты; наряду с железной рудой рекомендуется присаживать 2% извести и порядка 0,2 % плавикового шпата.

Наличие такого шлака на поверхности ванны обеспечивает примерно за 15 мин. Снижение содержания в расплаве углерода на 70-80%, фосфора на 50-60% и серы на 30-40%.

Для повышения интенсивности процесса рафинирования рекомендуется обеспечить стабильности температурного режима плавки за счет использования герметичной крышки, футерованной малотеплопроводными теплоизоляционными материалами.

С целью ускорения процесса десульфурации расплава стали рекомендуется добавлять к шлакообразующей смеси порошкообразный ферросилиций.

В результате действия электромагнитных сил и интенсивного перемешивания расплава образуется мениск (выпуклая часть зеркала расплава) для его уменьшения рекомендуется повысить уровень расплава выше индуктора. Для снижения разъедания стенок тигля, происходящих при сползании шлака, при использовании основной футеровки рекомендуется добавлять в шлак 15-20% магнезита от массы шлака, при этом жидкоподвижность шлака не изменяется.

Введение в расплав легирующих добавок, как в процессе окисления, так и вскоре после него недопустимо.

Присутствующий в расплаве FeO может взаимодействовать с углеродом с образованием CO который, оставаясь в расплаве в виде пузырьков может приводить к образованию пористости стальных заготовок. В процессе кристаллизации стали FeO может выходить из раствора и оставаться в расплаве в виде неметаллических включений.

Раскисление сталей

Методы раскисления сталей:

· Посредством добавления в расплав твердых раскислителей (кремния, марганца, алюминия, титана, ванадия, магния, циркония и др.)

Чаще всего твердые раскислители вводят в виде лигатур (кремний, титан, марганец) или в чистом виде (алюминий). Раскислители мы можем вводить поэтапно. Шлак при этом должен отличаться высоким поверхностным натяжением. Оксиды кроме MnO нерастворимы. Для того, чтобы MnO не растворялся в расплаве необходимо скачивать шлак и наводить новый.

 

· Углеродом, добавляемым к шлаку (диффузионный метод раскисления)

При добавлении углерода в шлак образуется газообразная окись углерода. Она образуется на поверхности ванны и легко удаляется с поверхности

Недостаток диффузионного метода – длительное время нужно выдерживать расплав в восстановительном шлаке. Повышение себестоимости выплавляемого металла.

· Фильтрацией жидкого металла за счет пропускания его через слой жидкого шлака

Расплавленный металл помещают на высоту и с большой высоты переливают расплав в ковш, при этом металл, попадая в шлак проходит через него за счет эмульгирования шлака значительно увеличивается площадь контакта металла и жидкого шлака.

Туть 36-37 мин. В этом случае реакции раскисления будут происходить с большой скоростью.

В процессе раскисления за счет образования неметаллических включений, которые можно рассматривать как дополнительные центры кристаллизации, обеспечивается мелкокристаллическое строение стали. Такими свойствами обладают нитриды и карбо нитриды ванадия и ниобия.

При выборе элементов раскислителя необходимо учитывать следующее. Элементы раскислители должны иметь большее сродство к кислороду, чем железо. Чем выше сродство тем сильнее раскислитель. Предпочтительнее выбирать элементы раскислители, которые образуют оксиды с более низкой температурой плавления, это облегчает образование жидких продуктов раскисления, которые лучше укрупняются и быстрее удаляются из расплава.

Элементы раскислителей должны обладать как можно меньшим удельным весом для ускорения всплывания продуктов раскисления.

Образующиеся оксиды элементов раскислителей должны иметь минимальную растворимость в металле.

Типы футеровок

    Основа кислой футеровки – кварцит SiO₂ 90% + примеси.

    Основа основной футеровки – магнезит MgO

    Кислая футеровка:

· состав SiO₂ 98,5%; Al₂O₃ 0,4%; Fe₂O₃ 0,2% и прочее 0,9%

· плотность в уплотненном состоянии 2,14-2,18 г/см³

· огнеупорность до 1750 ⁰С (возможно использование для выплавки огнеупорных сталей и чугунов)

· пористость 18-20%

· связующее - борная кислота (количество различно для различных зон) массовая доля борной кислоты различна. В донной части тигля около 1%, в верхней части тигля около 2%.

Количество именно такое, потому что верхняя часть тигля подвержена агрессивному воздействию (граница контакта металла и шлака, загрузка шихты)

· Зерновой состав материала футеровки должен обеспечивать наибольшую плотность при этом достигается максимальная стойкость футеровки. Фракция от 0,05 до 0,16 мм в количестве доля 30% фракция от 0,16 до 0,63 мм доля 20% фракция о 0,63 до 1,6 мм доля 50%