Особенности кислого мартеновского процесса

Кислым мартеновским процессом называют процесс выплавки стали в мартеновской печи, подина которой изготовлена из кислых огнеупорных материалов (~ 95 % ).

Требования к сырым материалам и топливу. Для перевода фосфора и серы из металла в шлак необходимо, чтобы в печи был основной шлак, поэтому в кислой печи с кислым шлаком ни серу, ни фосфор удалить из металла невозможно. В связи с этим к шихте и топливу, предназначенным для кислой мартеновской печи, предъявляют особые требования: топливо не должно содержать серы, а чугун должен содержать не более 0,025 % фосфора и серы . Вследствие высоких требований к чистоте шихты привозной стальной лом и скрап практически не используют, а в качестве основной железосодержащей составляющей шихты обычно используют заготовку, специально выплавляемую в основных мартеновских печах. Выплавленный при этом металл называют шихтовой заготовкой или полупродуктом (если металл заливают в кислую печь в жидком виде). Процесс, при котором жидкий полупродукт выпускают из основной печи в ковш и затем через отверстие в днище ковша (чтобы в ковше остался шлак из основной печи) при помощи специального желоба переливают в кислую печь, называют дуплекс-процессом (или процессом на жидкой шихтовой заготовке).

Под кислой печи принимает активное участие в протекающих в ванне процессах, и высокое качество кислой стали определяется реакциями материала кислого пода с металлической ванной, поэтому состоянию пода кислой печи уделяют особое внимание.

В кислой печи непрерывно идут два процесса:

1) окисление кремния кислородом оксидов железа шлака, в результате чего содержание кремния в металле уменьшается;

2) восстановление кремния из шлака и пода, в результате чего содержание кремния в металле повышается.

Содержание кремния в ванне определяется соотношением скоростей этих процессов (рис. 6.3.). Скорость восстановления кремния из пода примерно постоянна, скорость его окисления в большой степени зависит от состава шлака и его жидкотекучести. Интенсифицировать процессы окисления примесей в кислой печи можно введением железной или марганцевой руд, извести или мелкораздробленного известняка, а также продувкой ванны воздухом или кислородом.

Качество металла, выплавленного в кислых печах,. Содер­жание газов в кислой стали ниже, чем в стали того же сос­тава, выплавленной в основных мартеновских печах, дуговых электропечах или конвертерах. Этому способствует следую­щее: 1) чистота шихты; 2) небольшое количество вводимых в печь шлакообразующих; 3) насыщенные кремнеземом вязкие шлаки, обладающие малой газопроницаемостью; 4) более низ­кое содержание кислорода по ходу плавки в кислой печи, чем в основной, так как, помимо раскисляющего действия кремния, протекает процесс взаимодействия оксида FeO, растворенного в металле, с кремнеземом шлака и футеровки; 5) уменьшение количества вводимых в печь или ковш раскис­ляющих и легирующих добавок, которые вносят соответствен­но меньшее количество газов, в частности водорода и азота и нежелательных примесей. В некоторых случаях металл по­лучается настолько раскисленным, что раскислители не вво­дят. Обычно кислая мартеновская сталь содержит 0,006— 0,010% [О], 0,0010-0,0015% [N] и 2-4см³/Ю0г [Н].

Особенностью включений в кислой стали является их округлая форма, сохраняющаяся после прокатки, в то время как включения основной стали часто представляют собой вытянутые пластинки или цепочки: длинная ось включений в этом случае совпадает с направлением вытяжки металла при обработке давлением, поэтому механические свойства основ­ной стали в поперечном направлении значительно ниже, чем в продольном.Механические свойства кислой стали примерно одинаковы в продольном и поперечном направлениях относи­тельно направления прокатки или ковки, в результате отли­чительной особенностью кислой стали является меньшая, чем у основной стали, анизотропия механических свойств, осо­бенно ударной вязкости и упругости. Кроме того, механи­ческие свойства кислой стали, как правило, более стабиль­ны от плавки к плавке, чем основной стали того же состава, поэтому для изготовления изделий, которые при эксплу-атации испытывают нагрузки в поперечном (относительно оси обработки давлением) направлении, предпочитают использо-вать кислую сталь.

Кислую мартеновскую сталь применяют для изготовления коленчатых валов различных двигателей, роторов крупных турбин электростанций, шариковых и роликовых подшипников большого диаметра, артиллерийских орудий и других изделий ответственного назначения. Стабильность технологии и незначительное содержание вредных примесей в кислой стали дают возможность получать крупные слитки для поковок (* 200 т) с минимальным развитием неоднородности состава и свойств по высоте и поперечному сечению.

Несмотря на высокие качества кислой мартеновской стали, область ее применения постепенно сужается, так как, во-первых, непрерывно улучшается качество стали, выплавляемой в основных мартеновских печах, конвертерах и дуговых электропечах и, во-вторых, стоимость кислой мартеновской стали значительно выше (в 1,5—2,0 раза), чем основной. Известно, что стоимость шихтовых материалов составляет 65—75 % от себестоимости готовой стали. Применяемые в качестве шихтовых материалов кислого мартеновского процесса чугун, металлическая заготовка или жидкий полупродукт с малым количеством примесей в два с лишним раза дороже шихты, используемой в основных мартеновских печах. Кроме того, производительность кислых мартеновских печей значительно ниже, чем основных (более продолжитель-ные периоды заправки и доводки плавки, меньшие тепловые нагрузки из-за опасения снизить стойкость свода, изго-товленного из кислых огнеупорных материалов). В настоящее время кислую мартеновскую сталь используют только для изготовления особо ответственных изделий.