Обработка стали синтетическим шлаком.

Повышение качества стали внепечными способами.

Ранее процессы производства стали заканчивались в плавильных печах, а ковш использовался в основном для транспортировки жидкой стали от печей к изложницам или формам. В последние годы широкое развитие получили внепечные методы обработки стали, называемые также ковшовой металлургией. Электропечи выдают полупродукт, который в ковше доводится до кондиции заданного состава.

При ковшовой обработке, в зависимости от выполняемого сортамента сталей и применяемого специального оборудования, комплексно или раздельно, осуществляются следующие процессы:

1) обработка стали жидкими белыми шлаками;

2) обработка стали синтетическими шлаками;

3) обработка смесями порошков флюсов;

4) продувка нейтральными газами;

5) инжекционная продувка порошками;

6) вакуумирование и совмещение с ним других видов ковшовой обработки;

7) суспензионное литье.

В результате этих процессов достигается лучшее усвоение легирующих элементов, модификаторов, снижается содержание серы, кислорода, водорода, азота, повышается чистота стали по включениям, улучшаются плотность макроструктура и весь комплекс физико-механических свойств стали, а производительность электропечей повышается (на 20... 40%).

Обработка стали белым шлаком.

Белые шлаки электропечей с основностью более 2,5(СаО/SiO₂) и содержанием FeO до 1% являются сильным десульфуриющим реагентом. При выдержке стали под белыми шлаками процессы диффузии серы и кислорода проникают медленно вследствие малой контактной поверхности “металл-шлак” и поэтому требуют длительного времени (1,5…2 ч.). Эти процессы могут быть существенно ускорены путем быстрого смешения стали со шлаком во время выпуска плавки в ковш. Вначале в него сливают, возможно, большую часть шлака, а затем с высоты подают малую струю стали. Контактная поверхность “металл-шлак” увеличивается в сотни раз и процесс протекает в течение 2…3 мин. Содержание серы и кислорода снижается в 2…3 раза.

Обработка жидкой стали белыми шлаками уже в течение многих лет применяется в сталелитейных цехах отечественных заводов.

Обработка стали синтетическим шлаком.

Этот оригинальный метод обработки стали, был разработан и опробован советским инженером А.С. Точинским в 1925 г. Сущность способа заключалась в следующем: жидкий синтетический шлак приготавливали в отдельном плавильном агрегате, в ковш сначала заливали порцию шлака, а затем мощным потоком сливали сталь. Площадь контакта между синтетическим шлаком и металлом неизмеримо возрастала. Взаимодействие между двумя фазами ”металл-шлак” протекало быстро и полно. Данный метод был усовершенствован во Франции Р.Перреном, организовавшим промышленное производство качественной стали. Вместо кислых шлаков Перрен предложил основные известково-глиноземистые, при которых процессы раскисления и десульфурации протекали полнее. Шлаки имели повышенную жидкотекучесть. Обладая высокой поверхностной энергией на границе ”шлак-металл” они не смачивали сталь и в первые же минуты после смешения быстро от нее отделялись.

Наибольшее развитие этот метод получил в нашей стране. С.Г. Воинов и А.Г. Шалимов совместно с сотрудниками провели большие исследования по изучению физико-химических основ процесса, опробовали различные варианты технологии и разработали практические рекомендации по широкому внедрению в металлургической промышленности.

Авторы создали специальный агрегат - электропечь для плавки шлаков, существенно упростившую их приготовление.

Количество шлака для оптимальных условий обработки 3... 5 % от массы металла, состав шлака 60 % СаО + 40 % А1₂О₃; температура плавления 1410 ⁰С. Содержание кислорода после обработки синтетическими шлаками снижается до 0,003 %, а серы до 0,005...0,01%.

Данный метод особенно эффективен для массового производства высококачественных конструкционных сталей в мартеновских печах и кислородных конверторах.

Впервые этот метод для мартеновской и конверторной стали, был опробован в конце 60-х годов на Челябинском металлургическом заводе при производстве высококачественной экономнолегированной листовой стали (типа 17Г1С) для труб магистральных газопроводов. Содержание серы после обработки снижалось до 0,01 %, кислорода до 0,003 %. Сталь отличалась высокой чистотой по неметаллическим включениям и повышенной хладостойкостью.

Налажен выпуск шлакоплавильных печей разной мощности с часовой производительностью от 1,6 т/ч (ДСПШ-1) до 5 т/ч (ОКБ-1320). На многих заводах Минчермета нашей страны синтетическим шлаком обрабатывают миллионы тонн конверторной и мартеновской стали. Ее качество не уступает, а в некоторых марках существенно превосходит (более низкое содержание азота) качество электростали.

Обработка синтетическими шлаками удорожает стоимость стали на 3...5 %, но в то же время повышает надежность и долговечность металлопродукции. Затраты, связанные с установкой шлакоплавильной печи и приготовлением шлака полностью окупаются за счет увеличения производительности печей и значительного улучшения качества отливок.