11. Сортамент выплавляемых чугунов и ферросплавов

Выплавляемый в доменной печи сплав - чугун - по дальнейшему использованию подразделяют на три вида: передельный, предназначенный для передела в сталь; литейный, служащий для производства литых изделий, и ферросплавы, предназначенные как раскислители при производстве стали. В табл. 17 приведен состав передельных чугунов, выплавляемых на коксе.

Основные требования, предъявляемые к мартеновскому коксовому чугуну, сводятся к тому, чтобы в нем было низкое содержание фосфора и серы, небольшое количество кремния.

Древесноугольный чугун (его производится очень мало) выплавляется двух марок по кремнию, содержание которого допускается от 0,15 до 1,25%. Предельное содержание серы составляет 0,04%.

Кроме обычного коксового передельного чугуна, выплавляется высококачественный коксовый чугун ПВК трех марок, в котором содержание кремния допускается до 1,75%, фосфора не более 0,06% и серы 0,015 - 0,0025%.

Марганец способствует обессериванию чугуна. Однако содержание марганца в чугуне в последние годы значительно снизилось, так как при выплавке маломарганцовистых, передельных чугунов (снижение содержания марганца с 1,8 до 0,5%) увеличивается производительность доменной печи на 2 - 2,5% и снижается расход кокса на 1,2 - 2,5%.

Экономичность выплавки маломарганцовистого передельного чугуна объясняется тем, что снижение расхода марганцевой руды или полный ее вывод позволяют уменьшить выход шлака на 1 т чугуна за счет пустой породы марганцевой руды в результате снижения закиси марганца в шлаке. Кроме этого, уменьшаются затраты тепла на восстановление марганца твердым углеродом.

К составу бессемеровского чугуна предъявляют особые требования, главное из них - низкое содержание фосфора и серы. Ограничивается также и содержание кремния (см. табл. 17).

Таблица 17

Таблица 17

Сложность выплавки бессемеровских чугунов заключается в том, что при низком содержании серы допускаются очень малые колебания по содержанию кремния и марганца.

Выплавка бессемеровских и маломарганцовистых мартеновских чугунов, как показал опыт работы, целесообразна на магнезиальных шлаках при несколько повышенной основности.

Таблица 18

Таблица 18

В табл. 18 приведены составы шлака передельных чугунов некоторых заводов Юга и Востока, а в табл. 19 - технологический режим плавки на передельный чугун.

Таблица 19

Таблица 19

Литейный коксовый чугун выплавляют шести марок, согласно которым чугун подразделяется по содержанию кремния и серы, и четырех классов, которые ограничивают содержание фосфора. Та, например, содержание фосфора в малофосфористом чугуне не должно превышать 0,1%. Химический состав литейных чугунов приведен в табл. 20.

Таблица 20

Таблица 20

На восстановление кремния требуется много тепла, поэтому на выплавку литейного чугуна расходуется топлива больше на 15 - 20%, чем при производстве передельного чугуна.

Так как при выплавке литейного чугуна увеличивается расход кокса и снижается интенсивность работы печи, применяется переводной коэффициент, при помощи которого пересчитывают на выплавку передельного чугуна. Этот коэффициент для литейного чугуна установлен равным 1,15. Передельный чугун принимается за единицу. Так, например, печь выплавила за месяц 60000 т литейного чугуна. В пересчете на передельный чугун выплавка составит.

Все технико-экономические показатели считают в переводе на передельный чугун.

Древесноугольный литейный чугун ЛД выплавляют трех марок. Содержание кремния в печи составляет от 1,25 до 2,75%, марганца от 0,5 до 1,2%, фосфора не более 0,3% и серы не более 0,03%.

Легированные литейные чугуны выплавляют четырех марок и двух видов: ЛХЧ1-4, содержащий 2,2 - 3,2% хрома и не менее 1% никеля, и ХЧ1-4, содержащий от 1,61 до 3,8% хрома и 0,6 - 1% никеля.

Наилучшими условиями для выплавки литейных чугунов являются: повышенный нагрев печи (особенно горна) и умеренно кислый шлак. Эти условия способствуют восстановлению кремния из кремнийсодержащих соединений. Из практики работы заводов известно, что хорошие результаты плавки получаются при основности шлака СаО: SiО₂ = 0,95 - 0,97 для восточных заводов и 1,1 - 1,20 для заводов Юга. В табл. 21 приведены характеристики шлаков литейных чугунов.

Таблица 21

Глинозем в шлаках повышает температуру плавления последнего, что также является благоприятным для восстановления кремния. В условиях Юга содержание Аl₂О₃ в шлаках иногда увеличивают искусственно путем введения в шихту бедных глиноземистых руд, так как богатые железные руды Криворожского бассейна содержат незначительное количество глинозема.

Ферросплавы - чугуны, содержащие повышенное содержание марганца и кремния. В табл. 22 и 23 приведены ГОСТы на доменные ферросплавы.

Таблица 22

Ферросилиций в доменных печах выплавляют очень давно. Лучшие результаты получают при использовании в доменной шихте сырой небогатой железной руды. Это объяснить можно тем, что агломерат обладает худшей восстановимостью по сравнению с рудой из-за присутствия в нем закиси железа.

Таблица 23

Даже небольшое количество закиси железа в расплавленных массах препятствует получению ферросилиция, так как он будет охлаждать горн. Железистые шлаки легкоплавкие, а восстановление железа из закиси требует много тепла.

Расплавленная закись железа, стекая в горн, будет окислять железокремнистые соединения, что нежелательно для процесса, так как в горне нужно часть кремния восстанавливать из таких соединений твердым углеродом. С увеличением количества шлака на тонну чугуна результаты работы печи при выплавке ферросилиция ухудшаются, поскольку увеличение выхода шлака повышает относительный расход кокса.

Расход кокса при выплавке ферросилиция несколько ниже, чем при производстве ферромарганца. В табл. 24 приведена характеристика шлаков доменного ферросилиция. Переводной коэффициент по отношению к передельному чугуну для ферросилиция принят равным 2,5.

Таблица 24

Для получения ферромарганца процесс должен быть направлен на наиболее выгодное и максимальное восстановление марганца из его окислов. Ранее указывалось, что высшие окислы марганца почти полностью восстанавливаются до закиси марганца окисью углерода.

Закись марганца - сравнительно легкоплавкое соединение, расплавившись, соединяется с кремнекислотой и образует силикат (MnSiО₃). Поэтому восстановление марганца происходит в основном из его силиката твердым углеродом в присутствии СаО и сопровождается поглощением тепла:

Чем более основной шлак, чем выше его температура, тем лучше будет восстанавливаться марганец из силиката. Вместе с тем при чрезмерно горячем ходе печи вынос марганца с газами возрастает (табл. 25).

Таблица 25

Таблица 25

Поскольку не весь марганец восстанавливается, большое значение при выплавке ферромарганца имеет количество шлака. В марганцевых рудах основная пустая порода представлена кремнеземом, а это увеличивает расход известняка. Чтобы получить наименьший выход шлака для выплавки ферромарганца, необходимо проплавлять богатые марганцевые руды.

При выплавке ферромарганца весьма целесообразно обогащение дутья кислородом, что способствует развитию высоких температур в горне. В табл. 26 приведен состав шлаков ферромарганца. Передовой коэффициент для ферромарганца по отношению к передельному чугуну принят равным 2,5.

Зеркальный чугун¹ выплавляется трех марок (34), в которых содержание марганца нормируется от 10 до 25% и фосфора от 0,18 до 0,22%. В чугуне всех трех марок содержание серы не должно превышать 0,03% и кремния 2,0%.

¹(Зеркальным называется потому, что при изломе видны ярковыраженные кристаллы с зеркальными гранями.)

Зеркальный чугун обычно выплавляют при переходе с ферромарганца на передельный чугун, чтобы "промыть" горн печи. Переводной коэффициент с зеркального чугуна на передельный принят равным 1,5.

Таблица 26

В доменных печах можно выплавлять феррофосфор (переводной коэффициент 4) и ферроманганфосфор (переводной коэффициент 5). Эти сплавы производят в незначительных количествах и на малых доменных печах.