7 съезд Литейщиков России – 2005 г. Новосибирск

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ ФЕРРОСИЛИЦИЯ С УГЛЕРОДОМ В ВАГРАНОЧНОЙ ШИХТЕ ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЧУГУНА С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ СТАЛЬНОГО ЛОМА

 В.И.Гернер, Е.П.Роот, С.А.Никифоров, М.В.Никифорова

(ЗАО «Урал ВИМ», г. Челябинск)

В настоящее время в литейном производстве стало проблемой приобретения  чушкового чугуна и чугунного лома.  Сравнительно высокая дефицитность этих материалов способствовало повышению их цены. В Урало-Сибирском регионе цена чушкового чугуна повысилась  вдвое, а цена чугунного лома в 2,2 раза по сравнению с 2002 годом. Вместе с тем, цена стального лома остается на более низком уровне по сравнению с чугунным ломом. Поэтому на производстве повысился интерес к использованию стального лома при выплавке чугуна, как в вагранках, так и в электропечах.

Однако, как показал опыт работы ряда литейных цехов,  увеличение доли стального лома в ваграночной шихте приводит к ряду затруднений в проведении плавки в вагранке и получении качественного чугуна. Это связано с тем, что  при высоком содержании стального лома в шихте увеличивается расход кокса, уменьшается производительность вагранки и существенно снижается температура выпускаемого чугуна. При этом в готовом чугуне уменьшается содержание углерода, кремния и марганца. Для восстановления содержания указанных элементов, связанных с увеличением в шихте доли стального лома, необходимо дополнительное введение в шихту ферросилиция, ферромарганца и углеродных материалов.  В связи с этим необходимо проведение экономической оценки при выборе дополнительных шихтовых материалов с учетом эффективности усвоения выплавляемым чугуном необходимых элементов.

Повышение углерода в чугуне при выплавке в вагранке можно достичь увеличением расхода кокса. Однако, как показал анализ, повышение расхода кокса увеличивает себестоимость чугуна и содержание в нем серы. Это связано с тем, что в настоящее время значительно ухудшено качество поставляемого кокса, как по фракционному составу и прочности, так по содержанию в нем серы. Поэтому многие предприятия пытаются применять в составе шихты взамен кокса чистые по сере науглероживатели в виде брикетированного графита, боя графитовых электродов.

Для увеличения содержания в чугуне кремния в состав шихты вводится марочный ферросилиций ФС65, ФС45. Анализ показал, что при выплавке чугуна наблюдается повышенный угар кремния. Статистическим анализом установлено, что угар кремния из ферросилиция марки ФС65 на 6% выше, чем из ФС45 и на 9% выше, чем из ФС25. Это показывает, что целесообразней применение в шихте ферросилиций марки ФС25 или ФС45. Однако при учете стоимости и удельного расхода ферросилициевых  материалов оказалось более выгодным применение ферросилиция марки ФС65. Установлено, что с учетом удельного расхода материалов цена кремния в ферросилиции марки ФС65 меньше на 12%, чем в ФС45 и на 16%, чем в ФС25. Вместе с тем, при использовании в шихте ферросилиция более высоких марок улучшается ход плавки в вагранке и стабильно повышается температура выпускаемого чугуна.

Расчеты показали, что при повышении в шихте доли стального лома и соответствующего увеличения расхода ферросилиция и углеродных материалов при учете сложившихся на рынке цен экономически выгодно применять такую технологию для выплавки чугуна в вагранке.

Проведенные исследования в литейном цехе Ашинского металлургического завода показали, что при увеличении в шихте доли стального лома целесообразно применять комплексные добавки в виде брикетированных  материалов, содержащих ферросилиций и углерод  в определенных заданных соотношениях. Установлено, что при этом  угар кремния уменьшается, а эффективность науглероживания чугуна увеличивается.  Это связано с тем, что в брикетированных материалах частицы ферросилиция находится в плотном контакте с частицами углерода, который в плавильной зоне вагранки способствует в определенной степени блокированию кремния от окисления. Эффективность блокирования ферросилиция увеличивается при использовании в составе комплексных материалов углерода пиролитического происхождения, получаемого из  порошковых продуктов дробления графитизированных электродов.

На предприятии ЗАО «Урал ВИМ» совместно с рядом предприятий налажен выпуск углеродосодержащих материалов с ферросилицием, которые обеспечивают эффективное плавление чугуна в вагранке при замене доменных марок чугуна и чугунного лома на адекватное количество стального лома. Поставляются ферросилициевые материалы с углеродом следующих марок: ФС65У20, ФС45У30, ФС25У40. Указанные материалы выпускаются в виде брикетов с размерами 20х30х60.  По заказам потребителей состав брикетированных материалов может быть более сложным, в частности наряду с ферросилицием и углеродом в материал могут быть введены необходимый при выплавке чугуна марганец и другие легирующие элементы. Брикетированный материал отличается высокой прочностью и способствует уменьшению его потерь на «улет» при загрузке в вагранку. 

Опыт работы показывает, что при использовании ферросилиция с углеродом долю стального лома в ваграночной шихте можно увеличить до 30%. При этом температуру выпускаемого чугуна можно поднять на 50-80⁰С при прочих равных условиях, что бывает важным в производстве тонкостенного чугунного литья.

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

Опыт работы также показал, что при использовании ферросилиция с углеродом в ваграночной шихте несколько увеличивается разгар огнеупорной кладки в зоне фурм в связи с повышением температуры в этой зоне. Также отмечается 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 шлака до требуемой величины и удаление из чугуна некоторого количества серы.

В настоящее время интерес у литейщиков  вызвал комплексный брикетированный материал для ваграночной шихты в виде ферросилиция с углеродом и ферромарганцем. Цена указанного материала значительно ниже, чем у отдельно применяемых ферросплавов. Комплексный материал в виде брикетов имеет высокую механическую прочность, сравнительно низкий угар и хорошо усваивается чугуном. Расчет показывает, что при использовании комплексного шихтового материала и высокой доли стального лома в шихте достигается высокий экономический эффект за счет снижения себестоимости жидкого чугуна, выплавляемого в вагранке.

ЗАО «Урал ВИМ» поставляет комплексные ферросплавы с углеродом в бумажных мешках с массой материала от 30 до 50 кг, что является удобным при проведении расчетной шихтовки в процессе подготовки шихтовых колош. На предприятии также налажена расфасовка ферросилиция с углеродом в железные бочки с массой материала от 100 до 200 кг для использования их без разгрузки в большегрузных вагранках или в электропечах при выплавке чугуна.