Сб. трудов Международной научно-технической конференции «Современные проблемы металлургического производства»  г. Волгоград, 2000 г.

ФЕРРОСИЛИЦИЙ С УГЛЕРОДОМ И ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДНЫЕ

 КОМПОЗИТЫ ДЛЯ ПЛАВКИ ЧУГУНА И СТАЛИ 

В.И.Гернер (ЗАО «Урал ВИМ», г. Челябинск, Россия)

А.Г.Моисеев (ОАО «АМЕТ», г. Аша, Челябинская обл., Россия)

С.А.Никифоров (Южно Уральский гос. университет, г.Челябинск, Россия)

Реферат

ЗАО «Урал ВИМ» производит ферросилиций с углеродом и  железоуглеродные композиты  в виде кусков разных размеров от 30 до 200 мм. Указанные материалы применяются в качестве составной части металлической шихты  при выплавке чугуна и стали. При использовании углеродных композитов достигается значительное снижение себестоимости выплавляемого чугуна и стали при замене доменного чугуна и чугунного лома на более дешевый стальной  лом.

 Основным сырьем для выплавки чугуна и стали в литейном и металлургическом производстве является  доменный чугун, чугунный и стальной лом. Стоимость доменных  чугунов намного превышает стоимость металлического лома, что привело к значительному повышению себестоимости выплавляемых железосодержащих сплавов. Поэтому на производстве увеличилась потребность в сравнительно дешевом металлическом ломе.

  Установлено, что в Урало-Сибирском регионе стоимость чугунного лома почти в три раза  выше стоимости стального лома. При этом, как оказалось, чугунный лом вышел в разряд дефицитных исходных материалов.

Выплавка чугуна в коксовой вагранке предопределяет обязательное использование в качестве исходной шихты  до 90…95% чугуна в любой форме. Повышение доли стального лома в ваграночной шихте приводит к повышенному расходу кокса, снижению производительности вагранки и уменьшению температуры чугуна.

ЗАО «Урал ВИМ» совместно с рядом предприятий разработал новые углеродосодержащие материалы, которые могут заменить применение доменных марок чугуна и чугунного лома на адекватное количество стального лома.  

Одним из наиболее эффективных углеродных материалов для применения при выплавке чугуна в вагранке является  ферросилиций с углеродом следующих марок: ФС75У15; ФС65У20; ФС45У30; ФС25У40.  Указанные марки ферросилиция с углеродом выпускаются в виде кусков разных размеров, но преимущественно с размером 25·45·65 мм, которые удобны в перегрузках и подаче в шихтовые металлические ваграночные «колоши». По заказам потребителей размеры кусков могут быть изменены от 2…5 мм до 150…200 мм.

Применение ферросилиция с углеродом при выплавке чугуна в вагранке обеспечивает ряд преимуществ. Ферросилиций с углеродом  способствует увеличению в жидком чугуне содержание кремния и углерода. При этом можно увеличить долю стального лома в ваграночной шихте до 20…30% в зависимости от условий производства и требований  к качеству выплавляемого чугуна. Опыт работы показал, что при использовании ферросилиция с углеродом  температуру выпускаемого чугуна можно увеличить на 50…80⁰С при прочих равных условиях, что бывает важным условием в производстве тонкостенного чугунного литья. При этом гарантированно исключается возможность образование дефекта отливок в виде «отбела».

 Расход ферросилиция с углеродом, например марки ФС65У20, при выплавке чугуна в вагранке с диаметром 800 мм составляет от 18 до 23 кг на тонну жидкого чугуна.  Расходы на ферросилиций с углеродом окупаются  за счет снижения стоимости металлической шихты при увеличении доли стального лома взамен доменного чугуна и чугунного лома и исключения из шихты обычного кускового ферросилиция, имеющего высокую стоимость, а также за счет улучшения технологии выплавки чугуна в вагранке.

Опыт работы также показал, что при использовании ферросилиция с углеродом несколько увеличивается расход  огнеупорной кладки в зоне фурм в связи с увеличением температуры.  Также отмечено некоторое повышение вязкости шлака. Поэтому по заявке потребителя в состав углеродного  ферросилиция стали добавлять плавиковый шпат до 1,5 % от массы материала, что обеспечило снижение вязкости до требуемых значений.

При выплавке стали в электропечах   углеродный ферросилиций используется  в качестве комплексного материала для обеспечения «кипа» в окислительный период, проведения первичного раскисления стали в печи и вторичного раскисления – в ковше. При этом для обеспечения «кипа» стали в ванну печи дают сравнительно дешевый  материал марки ФС25У40. а для раскисления и доводки стали по химическому составу используют ферросилиций марки ФС65У20.

Анализ показал, что  при выплавке сталей в мартеновских печах, в основном,  используется обычный скрап-процесс и реже скрап-карбюраторный процесс. Для проведения плавок по указанным процессам требуется применение не менее 15…20% чугуна в завалку печи. При отсутствии чугуна на производстве вынуждены в завалку давать карбюризатор, обычно в виде отсевов кокса. Однако усвоение углерода металлом из отсевов кокса при плавке оказывается незначительным, поэтому по расплавлению  углерода бывает недостаточно для проведения активного «кипа». Поэтому прибегают к замене углеродного «кипа» на барботаж ванны металла азотом , что значительно удорожает процесс и стоимость выплавляемой стали.

В «Урал ВИМе» разработан железоуглеродный композит, заменяющий  использование в завалочной шихте доменного передельного чугуна. Сформированный композит из чугунной стружки и углеродного материала отличается высокой стойкостью от окисления  при использовании  в завалке мартеновской печи. Причем стоимость железоуглеродного композита почти на 10…12% меньше стоимости доменного чугуна и на 20…22% дешевле чугунного лома.

Железоуглеродный композит выпускается по указанию потребителя с разным содержанием углерода от 4-х до 30%.  Железоуглеродный композит выпускается в виде кусков разного размера и при использовании полностью может заменить доменные передельный и литейный чугуны. Поэтому его целесообразно использовать не только в мартеновских печах при выплавке стали, но и в вагранках и электропечах при выплавке различных марок чугунов.

В настоящее время железоуглеродные композиты осваиваются на ряде предприятий в качестве основной добавки железосодержащего шихтового материала взамен доменных чугунов и чугунного лома. При этом доля стального лома в шихте может быть увеличена. Это позволяет  снизить себестоимость чугуна и стали при их выплавке. Кусковой железоуглеродный материал  характеризуется высокой прочностью к истиранию. Поэтому он хорошо выдерживает ударные и истирающие нагрузки при транспортировке и перегрузах. Железоуглеродные композиты  отличаются высокой термостойкостью и стойкостью против  окисления, что позволяет увеличить степень усвоения из них углерода и кремния при выплавке чугуна и стали. Особенно это важно при проведении плавки чугуна в вагранках, так как обычный кусковой ферросилиций  даже с малым содержанием кремния  интенсивно окисляется в плавильной зоне фурменного пояса вагранок. Применение предлагаемых материалов обеспечивает высокую стабилизацию химического состава  выплавляемого чугуна.