Использование отходов инструментальной стали

01.06.2018
При изготовлении и эксплуатации инструмента значительная часть стали остается в виде отходов, к которым главным образом относятся: а) окалина, образующаяся при нагреве металла для прокатки, ковки и штамповки, б) различные куски металла, остающиеся после разрубки и ковки, в) стружка, снимаемая на режущих станках при обработке заготовок и изготовлении инструмента, г) заготовки и инструмент, отнесенные к окончательному браку (например, по трещинам) при ковке, термической обработке и т. д., д) поломанный и изношенный инструмент, если его нельзя переделать на другой инструмент.

Количество таких отходов характеризуется следующими примерными цифрами. Вес окалины, получаемой при ковке в зависимости от размера и формы поковок, может достигнуть 4—5% веса самой поковки; количество стружки, снимаемой при изготовлении на станках некоторых типов режущего инструмента (например фрез), может составить до 50% веса заготовок. Общее количество отходов, остающихся в виде окалины, стружки и возвращаемых в виде поломанного или изношенного инструмента, достигает 60—80% веса стали, расходуемой на изготовление инструмента.

Особенно значительную ценность представляют отходы Инструментальной стали, содержащей вольфрам, т. е. отходы всех марок быстрорежущей стали и стали ХВ5, ХВГ, B1, В2, ЭИ160, 3ХВ8. О ценности отходов стали, содержащей вольфрам, свидетельствуют следующие данные:

1. Вольфрамовые руды содержат примерно 0,3—7,0% вольфрамита, имеющего около 75% WO3. Таким образом содержание металлического вольфрама в руде не превышает 0,2—4,0%. Руда подвергается обогащению и поступает в виде вольфрамовых концентратов на ферросплавные заводы для получения ферровольфрама, который затем передается на металлургические заводы для выплавки различных марок вольфрамовой стали. В то же время отходы быстрорежущей стали содержат (в случае смешения отходов стали марок РФ1, ЭИ262 и ЭИ184) примерно 6—12% вольфрама, т. е. являются несравнимо более ценным сырьем. Отходы стали ХВ5, ХВГ, B1, В2 содержат в среднем 1—2% вольфрама и также являются материалом, более богатым вольфрамом, чем многие вольфрамовые руды.

2. Отходы и стружку вольфрамовой стали можно непосредственно использовать в шихте для выплавки стали в электрической печи, что исключает необходимость сложной предварительной переработки, неизбежной при использовании руды: ее обогащения и выплавки ферровольфрама.

3. Вольфрам, содержащийся в отходах (в том числе в стружке), при переплавке в электрических печах почти не окисляется, остается в металле, а вольфрам, содержащийся в окалине, восстанавливается железом и из шлака переходит в металл.

На одном из заводов была организована и применяется выплавка в основной электрической печи марочной быстрорежущей стали на шихте, содержащей (по весу) 30—35% стружки быстрорежущей стали; остальную часть шихты составляет лом углеродистой инструментальной стали. Химический анализ состава шлака и металла этих плавок показал, что в процессе расплавления шихты происходит частичное окисление и выгорание железа, хрома, кремния, марганца и ванадия, содержавшихся в стружке. Окисление в среднем не превышало: для хрома 20—25% и для ванадия 10—15%. Что же касается вольфрама, то он большей (частью оставался в металле, и химический анализ не обнаруживал окислов вольфрама в шлаке. В процессе плавки в ванну вводилось недостающее количество ферросплавов, необходимое для получения стали заданного состава. Ввиду окисления железа и хрома, содержащихся в стружке, и применения немного окисленной стружки, в ванне образовывалось повышенное количество шлака (по сравнению с плавками, выполнявшимися на (шихте, не содержащей стружки). Это требовало дополнительного раскисления ванны, а иногда и скачивания шлака и увеличивало продолжительность ведения плавки на 10—20%. Однако экономия ферровольфрама, а также феррованадия и феррохрома оказалась настолько значительной, что завод использует практически всю накапливающуюся стружку вольфрамовой стали для добавки в шихту в качестве вольфрамосодержащей составляющей, экономя тем самым соответствующую долю ферросплавов.

Быстрорежущая сталь, выплавлявшаяся на такой шихте, была вполне качественной и не обнаруживала каких-либо дефектов при ковке, прокатке, термической обработке и в эксплуатации.

Аналогичные результаты получались при введении в шихту окалины быстрорежущей стали.

При применении в шихте мелких отходов вместо стружки и окалины окисление хрома и ванадия было менее значительным, а продолжительность плавки была нормальной.

Если стружка и отходы вольфрамовой стали оказывались перемешанными с отходами углеродистой стали, завод вместо непосредственной выплавки марочной стали производил иногда переплавку шихты на передельный металл, т. е. на металл, который затем, вновь вводился в шихту в качестве скрапа, содержащего вольфрам. Однако в таких случаях количество стружки и мелких отходов в шихте увеличивали до 60—70%. Получение передельного металла, в котором содержание легирующих элементов было известно, позволяло точно рассчитывать шихту для последующей окончательной плавки на марочную сталь и упростить процесс ее выплавки. Калькуляция стоимости выплавленной стали показывает, что такая переплавка себя также полностью оправдывает и дает значительный экономический эффект. Подобную переплавку и получение передельного металла рационально производить на металлообрабатывающих заводах, имеющих высокочастотные печи. Это позволяет избежать транспортирования стружки и получить ценный вольфрамосодержащий сплав, используемый для последующей выплавки быстрорежущей стали.

Рациональное использование отходов вольфрамовой стали требует клеймения инструмента и крупных отходов, получающихся при ковке, и четкой организации сбора и хранения окалины, стружки, отходов и поломанного инструмента.

Стружку, снимаемую при обработке быстрорежущей стали, нельзя смешивать со стружкой других марок стали. Поэтому у станков, обрабатывающих заготовки быстрорежущей стали, необходимо устанавливать ящики для сбора стружки; по мере накопления стружки, но в течение рабочей смены, надо пересыпать стружку в специальные ящики, предназначенные для хранения стружки вольфрамовой стали. Такие же ящики надо устанавливать в кузнечных отделениях или цехах для сбора и хранения отходов вольфрамовой стали, получаемых при ковке. Восстановительный пункт должен отсортировывать инструмент из вольфрамовой стали, ,непригодный для дальнейшей переделки на другие типы инструмента, и хранить его в специальных ларях по маркам стали. У составного инструмента надо при этом отбивать державку из углеродистой стали для того, чтобы не засорять шихты.

Далее, не следует допускать ржавления стружки и отходов, так как это усложняет процесс выплавки стали. Поэтому ящики и лари с отходами и стружкой надо помещать в закрытых помещениях и не задерживать долго пересылку отходов и стружки для переплавки.

Сбор и использование стружки и отходов вольфрамовой стали, позволяющие экономно использовать такой дорогой металл, как вольфрам, широко применяются на заграничных заводах.