Статья о выплавке стали на сайте о кузнечном деле и художественной ковке, загляните также на страницу с книгами по кузнечному делу.

———————
Принципиальные особенности кислого процесса предопределяют ряд отличий технологии выплавки стали в кислых дуговых печах по сравнению с плавкой в основных печах.
В кислых печах сталь обычно выплавляют методом переплава, применяя или не применяя кипения. Технология без кипения находит ограниченное применение при переплаве хромистых, хромоникелевых, хромокремнистых и хромомолибденовых сталей, так как отсутствие кипения позволяет полнее использовать хром из отходов. В основном же плавка в кислой печи проводится с кипением ванны, поскольку оно, как и в основном процессе, способствует рафинированию металла от газов.
Шихтовые материалы. Ввиду того, что в процессе умелой плавки фосфор и сера не удаляются, а их содержание в стали за счет вводимых добавок даже несколько увеличивается, шихтовые материалы должны содержать фосфора и серы минимум на 0,01% ниже, чем допускается в готовой стали. Сообразно с этим собственные отходы не должны превышать 50% от массы завалки, а остальную впасть должны составлять скрап и отходы основной мартеновской или электропечной углеродистой стали.
Меньшая активность закиси железа в кислых шлаках и более высокая вязкость шлаков затрудняют окисление углерода. Но так как кислые шлаки менее проницаемы и для газов (азота и водорода), то интенсивность окисления углерода в кислой печи не имеет такого весомого значения, как в основной. Плавка стали в кислых печах даже при скорости выгорания углерода 0,3% С/ч позволяет получать качественную сталь. Кислые плавки шихтуют на выгорание меньшего количества углерода. Шихтовые материалы должны внести такое его количество, чтобы в период кипения окислилось 0,1—0,2% С. В случае необходимости недостающее количество углерода в завалку вносят в виде кокса, электродoгo боя или малофосфористого и малосернистого чугуна. Металлический лом не должен быть ржавым, так как окислы железа растворяя Si02, способствуют разрушению кислой футеровки. При использовании сильно окисленного лома вредное действие окиси железа можно нейтрализовать, добавив в шихту необходимое их ошлакования количество кварцевого песка. В остальном требования к шихтовым материалам и порядку завалки их в печь аналогичны требованиям, предъявляемым к исходным материалам при основной плавке стали в дуговых печах.
Период плавления. Процесс плавления проводят так же, как и в основных печах. Поскольку же шихта кислых печей, как правило, более легковесна и более склонна к образованию мостов, необходимо сталкивать чаще, чем в основных печах. По этой же причине восстановление кремния происходит главным образом вследствие восстановления кремнезема футеровки и шлака углеродом. При этом возможны и другие реакции:
(SiO2) + 2 [С] = [Si] + 2СО(Г),
(SiO2) + 2 [Fe] = [Si] + 2 (FeO),
(Si02) + 2 [Mn] = [Si] + 2 (MnO).
Взаимодействие углерода с кремнеземом вследствие образования газообразного продукта реакции представляет собой необратимый процесс. вторая и третья реакции могут протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Развитие прямой или обратной реакции определяется температурой ванны, химическим составом металла и шлака, консистенцией шлака.
Эти реакции эндотермичны, и поэтому повышение температуры стали способствует восстановлению кремния. Первая реакция протекает при достаточно высокой температуре и при недостатке в зоне реакции закиси железа. В хорошо прогретом металле по этой реакции углерод восстанавливает кремнезем футеровки, а образующийся кремний окисляется на границе раздела металл — шлак закисью железа или закисью марганца.
Если же концентрация окислов железа и марганца в шлаке невелика или вследствие большой вязкости шлака затруднена их диффузия к границе раздела металл — шлак, в металле может происходить накопление восстановленного кремния.
Таким образом, регулируя температуру ванны, содержание закиси железа в шлаке и его консистенцию в окислительный период кислой плавки можно регулировать не только интенсивность выгорания углерода и окисление или восстановление марганца, но также и ход реакций окисления и восстановления кремния.
Следует иметь в виду, что при интенсификации окислительных процессов присадками железной руды или вдуванием газообразного кислорода нежелательно получать сильножелезистые шлаки, так как они способны растворять кислую футеровку. Во избежание этого руду надо давать мелкими порциями и только после израсходования предыдущей порции, а продувку кислородом вести менее интенсивно, чем в основных дуговых печах. Для этой же цели в окислительный период целесообразно присаживать небольшие порции песка, поддерживая тем самым состояние насыщения шлака кремнеземом.
К концу окислительного периода, определяемому по содержанию углерода, шлак содержит 55—60% Si02, причем почти половина шлака бывает образована из материала футеровки.
Восстановительный период. Из-за отсутствия условий для удаления серы и в связи с ограниченными возможностями легирования восстановительный период в кислой печи либо вообще отсутствует, либо проводится по упрощенной технологии.
При выплавке углеродистой стали назначение восстановительного периода сводится к раскислению металла. Если дуговые печи выпускают плавку целиком, то можно проводить так называемый кремневосстановительный процесс. Шлак окислительного периода при этом загущают присадками кварцевого песка и металл нагревают. В густом шлаке диффузия закиси железа к поверхности стали замедляется, вследствие чего кремний, восстанавливающийся из футеровки и шлака, накапливается в металле и восстанавливает находящиеся в нем окислы. Скорость восстановления кремния при кремневосстановительном процессе достигает 0,01% в минуту, и поэтому надо уметь хорошо управлять реакциями восстановления кремния. Чрезмерное их развитие может привести к получению излишне высокого содержания кремния. По этой же причине крем- невосстановительный процесс мало пригоден в цехах мелкого литья, где плавку разбирают малыми порциями в несколько приемов, поскольку оставшаяся в дуговой печи сталь будет обогащаться кремнием. Прекратить увеличение содержания кремния можно присадками в шлак извести, разжижающей шлак и способствующей увеличению его окислительной способности.
В цехах мелкого литья металл в печи целесообразнее раскислять присадками ферросилиция, а окончательное раскисление марганцем и алюминием осуществлять в ковше.
При выплавке легированных сталей ответственного назначения шлак окислительного периода удаляют на 70—80% и присадками песка, шамотного боя и извести заводят маложелезистый шлак. Под этим шлаком металл раскисляют ферросилицием или силикомарганцем и легируют.
Окончательное раскисление алюминием проводят в печи за 2 — 3 мин до выпуска или в ковше. Количество алюминия для раскисления выбирают таким, чтобы не только предотвратить развитие процесса окисления углерода при охлаждении и кристаллизации металла, но и ослабить вредное влияние повышенного в кислой стали содержания серы.
В некоторых случаях требуется получение крупнозернистой структуры отливок. Сталь для таких отливок не следует раскислять алюминием, так как его избыток способствует измельчению структуры.
Получить плотные отливки из кислой стали без раскисления алюминием довольно трудно, так как даже хорошо просушенное песчаные формы содержат около 5% влаги, кислород которой попадает в металл. Поэтому при выплавке без присадок алюминия сталь должна быть очень хорошо раскислена в дуговой печи. Это достигается, например, многократным скачиванием шлака или раскислением его молотым коксом, в результате чего содержание закиси железа в шлаке удается понизить до 5—7%. Содержание кремния в металле, необходимое для получения высококачественных отливок без алюминия, должно возрастать с повышением содержания в стали углерода. Например, при 0,15% С необходимо, чтобы содержание кремния составляло 0,40—1,50, а при 0,50% С оно должно составлять 1,10 — 2,20%. Следовательно, величину зерна в отливках в определенных пределах целесообразнее регулировать, прибегая к термической обработке.

Смотрите также:

Чтобы освоить процесс ковки или стать кузнецом, самое главное что нужно иметь, так это желание, а варианты того, как это сделать, уже имеются. При знании предполагаемой конструкция мангала, использовании оборудования и применении должного старания можно сделать очень красивое изделие. Очень даже реально своими руками сделать кузнечный горн, можно также рассмотреть газовый горн, как вариант.