ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛИ И ЛИГАТУРЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Разработан новый металлургический процесс — элект рошлаковая плавка сыпучих материалов, поззволяющий перерабатывать металлизованную шихту, отходы металлургического и химического (отработанные. катализаторы) производств, отходы тепловых электростанций, абразивную пыль. В процессе плавки неметаллическая часть шихты переходит в шлак, а металлическая образует слиток, который вытягивают из кристаллизатора. Избыточный шлак в процессе плавки самотеком сливается из кристаллизатора. Основные преимущества нового процесса по сравнению с обычным ЭШП — возможность эффективной теплоизоляции шлаковой ванны от стенок кристаллизатора, что приводит к существенной экономии электроэнергии, и высокий сквозной выход годного, обусловленный возможностью непрерывной вытяжки и резки слитка по ходу плавки. Процесс реализован на ряде металлургических участков.В ЦНИИчермете с участием ряда организаций разработан новый металлургический процесс — электрошлаковая плавка в кристаллизаторе сыпучих некомпактных.материалов.
Процесс включает непрерывную подачу в находящийся в кристаллизаторе расплавленный шлак сыпучих шихтовых материалов, рас кислителей и шлаковых добавок, непрерывный процесс вытягивания из кристаллизатора образующегося слитка и резку его на мерные заготовки. В качестве основных шихтовых материалов могут быть использованы дробленая металлическая стружка, металлоабразивная пыль, окалина высоколегированных сплавов, пыль из вентиляционных и газоочистных устройств металлургических печей, отработанные шлифовальные пасты, отработанные катализаторы химического производства, содержащие оксиды никеля, молибдена, кобальта, а также металлизованные окатыши.
Физикохимические особенности процесса состоят в том, что для каждого вида шихтового материала подбираются соответствующие раскислители и шлаковые добавки, обеспечивающие с одной стороны восстановление и переход металлической составляющей шихты в металл слитка, переход неметаллической части шихты в шлаковую фазу, причем электрофизические параметры этой фазы ^Одерживаются на уровне, удовлетворяющем требованиям электрошлакового процесса (необходимый уровень электросопротивления, шлака, вязкость, температурный ютервал затвердевания).
Технологические особенности процесса состоят в том, что подачу материалов в кристаллизатор необходимо осуществлять со скоростью, соответствующей их скорости плавления в шлаковой ванне. При меньшей скорости подачи имеет место неоправданный перерасход электроэнергии, при большей скорости — шлаковая ванна будет заморожена. Кроме того, при переплаве мелкофракционной шихты (типа металлоабразивной пыли) необходимо принимать меры для ускорения процесса осаждения мелких металлических капель в шлаковой ванне, поскольку в этом случае лимитирующей стадией скорости подачи шихты в кристаллизатор является скорость опускания мелких частиц в шлаковой ванне.
При переплаве шихты с большим содержанием пустой породы (металлизованные окатыши, отработанные катализаторы, отходы абразивной зачистки и др.) количество шлака в кристаллизаторе в процессе плавки возрастает. При содержания в шихте более 10% пустой породы необходим слив избыточного шлака. Для поддержания стационарного объема шлаковой ванны в кристаллизаторе количество сливаемого шлака должно соответствовать количеству переходящей в шлак пустой породы шихты, количеству вводимых корректирующих шлаковых добавок и количеству продуктов окислительновосстановительных реакций в шлаковой ванне. В этом случае граница раздела металлическая— шлаковая ванна в кристаллизаторе в течение всего процесса находится на одном уровне, если слиток из кристаллизатора вытягивается со скорростью, равной скорости его наплавления.
В настоящее время электрошлаковая плавка различных типов сыпучих материалов прошла широкую промышленную апробацию. Выплавлены сотни тонн слитков из металлоабразивных отходов быстрорежущих сталей из металлизо ванных окатышей и отработанных катализаторов. Переплав металлоабразивных отходов обеспечивает практически полное усвоение легирующих компонентов (молибден, вольфрам, кобальт). Переплав отработанных катализаторов приводит к извлечению из них в металлическую фазу слитка никеля и молибдена (содержание оксидов молибдена в шлаке— доли процента).
Переплав металлизованных окатышей с одновременным легированием и раскислением шлаковой ванны позволяет получать высококачественный марочный металл конструкционной и инструментальной типов сталей. Благодаря высокой чистоте этого вида шихты по цветным примесям: сере, фосфору, азоту металл обладает рядом свойств, отличных от стали, получений на обычной шихте. Например, шарикоподшипниковая сталь подвергалась горячей деформации при температурее на 100200 °С ниже, чем обычный металл. В этой стали отсутствовал провал пластичности при 600—800 °С. Вязкостные свойства были на 20—30% выше, чем у обычного металла. Слитки чугуна диаметром 300 мм, полученные методом электрошлакового переплава чысокоуг леродистых окатышей, были прокованы при 900—950 °С на полосу 20 мм.
Другим неоспоримым достоинством нового процесса является высокий выход годного. Единственный источник потерь металла в этом процессе— окалина при резке слитка на мерные заготовки.
Отсутствие контакта жидкого металла с атмосферой и огнеупорами, разливки в ковш, практическое отсутствие донной и хвостовой обрези слитка позволяют повысить сквозной выход годного от шихты до слитка до 90—95%, что недостижимо при других металлургических процессах.
Разработанный процесс электрошлаковой плавки сыпучих металлосодержащих материалов позволяет эффективно перерабатывать широкий спектр отходов металлургического, химического, машиностроительного производств, обеспечивая максимальное извлечение содержащихся в отходах металлов
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994
