книги / Технология металлов

Сущность кислого процесса плавки состоит в окислении уг­ лерода, марганца и кремния в металле лод слоем шлака. Шлак при плавке содержит избыток кремнезема, последний вступает в соединение с закисью железа» образует 2FcO «SiO*. В связыва­ нии закиси железа принимают участие н кислые материалы фу­ теровки печи. Все это способствует более полному раскислению металла.

В настоящее время применяют два способа ведения плавки в кислых печах:

1.Активный способ с ограниченным восстановлением кремния;

2.Крсмневосстаковитсльный, или пассивный способ.

При активном способе незначительное количество кремния восстанавливается из шлака, поэтому в конце плавки сталь до­ полнительно раскисляют ферросплавами.

Кремнсвосстановнтельный процесс ведут без дополнительно­ го раскисления стали. В данном процессе раскисление стали осу­ ществляется полностью за счет восстановления кремния из шла* ка и футеровки пода и стен печи.

Сталь, получаемая в кислых мартеновских печах более высо­ кого качества, чем сталь, получаемая в основных печах, меньше содержит неметаллических включений и газов. Кислая мартенов­ ская сталь идет на изготовление коленчатых валов двигателей и роторов, шариковых и роликовых подшипников, артиллерийских орудий и других изделий особо ответственного назначения.

Применение кислорода при плавке стали а мартеновских печах

Применение кислорода при плавке стали в мартеновских пе­ чах позволяет интенсифицировать процесс окисления примесей в металле й повышать производительность печей. Кислород в мартеновских печах используют в основном четырьмя способами: а) обогащают кислородом воздух до 30% О?, подаваемого для интенсификации горения топлива; б) подают кислород в метал­ лическую ванну для окисления примесей в металле и лучшего перемешивания ванны; в) комбинируют кислород с другими имтарификаторами; г) предварительно продувают чугун кнелородом в миксере или в ковше для окисления примесей. При исполь­ зовании кислорода производительность в мартеновских печах, повышается на 10—20%, расход топлива снижается на 15—20%; процесс плавки протекает более равномерно.

Производство стали в электропечах

В мартеновских почах можно перерабатывать твердые отхо­ ды производства, получать точно, заданный химический состав стали, хорошо раскислять металл, получать одновременно боль-

шое количество однородного металла; применяя отдельные спо­ собы плавки, можно получать увеличенный выход металла до 105% восстановлением руды.

Наряду с положительными качествами пламенные печи име­ ют и недостатки, так как газы принимают участие в химических процессах, они окисляют, помимо обычных примесей, находя­ щиеся в металле легирующие элементы (ванадий, титан и др). и насыщают металл. Вследствие этого получение легированных сталей затруднено.

Производство стали в электропечах является более совершен­ ным способом, чем в мартеновских печах. При плавке стали в электропечах отсутствует окислительное пламя и имеется незна­ чительный доступ воздуха, в результате в печи создается вос­ становительная атмосфера. Металл меньше окисляется и насы­ щается окислами. Возможность получения более высоких темпе­ ратур в печах позволяет получать стали и специальные сплавы с большим содержанием тугоплавких легирующих элементов. В электрических печах плавки можно вести с перерывами. Это является важным при работе печей в литейных цехах. В настоя­ щее время в основном применяются два типа электропечей—ду­ говые и индукционные-

Устройство дуговых печей

Дуговые печи построены на использовании тепла электриче­ ской дуги, образующейся между графитовыми (или угольными) электродами и металлической ванной, развивающей тем­ пературу до 3500° С и выше. Печь (рис. 5) состоит из цилиндри­ ческого кожуха со сферическим днищем. Эти части изнутри футеруют теплоизоляционной и огнеупорной кладкой так, что образуется рабочее пространство печи. Свод печи делается отъемным, его выкладывают из динасового или хромомагнези­ тового кирпича в железном каркасе-кольце. В последнее время для увеличения срока службы на некоторых заводах применяют водоохлаждаемые своды в виде металлических конструкций с теплоизолирующей прослойкой из огнеупорных материалов.

Печь имеет загрузочное окно и выпускное отверстие для вы­ пуска металла. Загрузочное окно закрывается футерованной дверкой, которая поднимается и опускается специальным меха­ низмом. Печь установлена на два опорных сегмента на направ­ ляющих фундамента для поддержания и наклона при помощи механизма как в сторону -выпуска металла, так и в сторону за­ грузочного окна. В своде печи делают три отверстия для элек­ тродов. Электроды закрепляют в электрододержателях. Подъем и опускание электрододержателей с электродами в процессе плав­ ки осуществляется автоматической блокировкой. Питающий.

электрический так подают от понижающего трансформатора по гибкому кабелю и медным шинам к электродам.

Первичная обмотка трансформатора питается током высоко­ го напряжения 6000—30000 в, который преобразуется в ток низ­ кого напряжения нескольких ступеней от 90 до 280 в. Мощность

обычно на металлургических заводах, а печи меньшей емкости — в сталелитейных цехах для получения фасонных стальных от­ ливок.

Плавка стали в дуговых печах

При плавке стали в дуговых печах шихта состоит из стально­ го лома, чугуна, железной руды, флюсов, раскислителей и ферро­ сплавов для введения легирующих добавок.

Плавку ведут основным и кислым процессами. Для плавки стали основным процессом под и стены печи футеруют основными материалами, а для плавки кислым процессом — кислыми мате­ риалами.

Основной процесс плавки стали ведут с полным, частичным окислением или без окисления примесей.

Плавку с полным окислением примесей проводят в тех случа­ ях, когда необходимо переплавить шихтовые материалы с повы­ шенным содержанием фосфора, серы и получить сталь с мини­ мальным количеством этих элементов.

Для окисления примесей после расплавления шихты в печь добавляют руду. Окислы железа окисляют примеси в металле

Карбид кальция увеличивает раскислительную и обессери­ вающую способность шлака. Для ускорения образования карби­ да кальция в шлаке все неплотности в печи герметически закры­ вают.

Процесс раскисления и десульфурации металла под карбид­ ным шлаком протекает по реакции

3 FeO + СаС2 = СаО + 3Fe + 2 СО; 3МпО + СаС2 = СаО + 3Мп + 2 СО;

СаС2 + 3 FeS + 2 СаО = 3 CaS + 3Fe + 2 СО; Саб + MnS + С = CaS -f- Мп + СО.

В результате протекающих реакций содержание FeO и МпО в шлаке понижается до Десятых долей процента, содержа­ ние серы в металле уменьшается др следов. Для полного рас­ кисления в конце плавки добавляют раскислители — ферроси­ лиций и алюминий. Для получения легированной стали вводят легирующие добавки, металл быстро нагревают до заданной тем­ пературы, выдерживают 10—15 мин., а затем выпускают в ковш для разливки.

Плавку с частичным окислением примесей ведут на чистых (по содержанию вредных примесей) исходных материалах. В состав шихты при плавке не вводят железную руду. Процесс окисления примесей в основном протекает в период расплавле­ ния шихты, в результате чего частично понижается содержание кремния, марганца, углерода и фосфора в металле. Образую­ щийся шлак сливают и дальше ведут плавку под белым или кар­ бидным шлаком.

В отдельных случаях ведут плавку без окисления примесей — методом переплава. Для этого загружают в печь шихту, состоя­ щую из отходов стали, близкой по составу к той марке, которую необходимо получить. При этом процессе плавки первичный (железистый) шлак из печи не удаляют, так как со шлаком уда­ ляются легирующие элементы— хром, титан, ванадий и др. Восстановительный период плавки методом переплава можно вести как под белым, так и под карбидным шлаком. Примене­ ние этого процесса для переплава отходов приводит к экономии дорогостоящих ферросплавов.

Кислый процесс плавки стали. Плавка в кислых дуговых пе­ чах нашла широкое распространение при производстве фасон­ ных стальных отливок. Плавка в кислых дуговых печах ведет­ ся под кислым шлаком, содержащим до 65% Si02. Так как сера и фосфор при кислых шлаках из металла почти не удаляются, металлическую шихту, состоящую в основном из стального ло­ ма, используют с низким содержанием серы (0,03% S) и фосфо­ ра (0,03% Р).

цели повышает температуру его на 100—120° С. Повышение температуры особенно активизирует процесс окисления углеро­ да. Это является важным при выплавке нержавеющих марок сталей и подобных им с низким содержанием углерода, а также при плавке стали в больших электропечах, когда в состав ших­ ты вводят 60—80% чугуна.

В результате продолжительность плавки сокращается на 20—30%, расход электроэнергии уменьшается на 2 0 % и сталь получается по стоимости ниже стоимости мартеновской стали и более высокого качества. Кислород вводят в печь при помощи водоохлаждаемых труб.

Плавка стали в индукционных печах

Для плавки стали применяют печи без железного сердечни­ ка. Индукционная печь (рис. 6 ) состоит из индуктора, представ­

до 0,3 квт/кг загружаемого металла в печь. Мощность и частоту тока определяют >в зависимости от емкости тигля и рода пере­ плавляемой шихты.

Тигли изготовляют как из кислых, так и основных огнеупор­ ных материалов в зависимости от назначения выплавляемой марки стали или сплава. В качестве кислого материала для из­ готовления тиглей применяют кварцитовый порошок и до 1,5% (вес.) порошка борной кислоты. Последний используют как связующую добавку. Для изготовления основных тиглей исполь­ зуют магнезитовый порошок и в виде связующей добавки—■ борную кислоту в количестве 3 % от веса порошка.

Тигель располагают внутри индуктора. Между тиглем и ин­ дуктором делают прокладку из теплоизолирующего материала. Индуктор и тигель размещают в каркасе, который устраивают из немагнитной стали. Каркас печи с^индуктором и тиглем мо­ жет наклоняться для выпуска стали из печи.

Во время плавки в индукционных печах нагрев металла про­ исходит за счет образования переменного магнитного поля во­ круг индуктора и вихревых токов в металле. Шлаки нагревают­ ся за счет тепла, содержащегося в металле. Средняя температура шлака ниже температуры металла. Поэтому активных обмен­ ных реакций между шлаком и металлом не протекает. Вследст­ вие этого вредные примеси (сера и фосфор) из металла не уда­ ляются. С учетом этого шихту используют с низким содержа­ нием вредных примесей и с таким расчетом, чтобы после рас­

а при необходимости — легирующие добавки. Преимуществом процесса плавки в индукционных печах является то, что в них можно нагревать металл до очень высоких температур и без особых трудностей вести плавку под вакуумом. Соответственно, кроме обычных марок, можно выплавлять различные высоко­ легированные стали (нержавеющие, жаростойкие и др.), а так­ же сплавы специального назначения. Емкость современных пе­ чей колеблется в пределах от 50 кг до 10 т. Сталь в индукцион­ ных печах получают для отливки слитков и изготовления фа­ сонных отливок.

Разливка стали

Выплавленную сталь в тех или иных печах выпускают в ков­ ши и из последних разливают на слитки. Для этой цели при­ меняют в основном ковши со стопорными устройствами (рис. 7).

Стцлеразливочный ковш состоит из кожуха, изготовленного из листовой стали, внутренняя поверхность которого футерова­ на шамотным кирпичом. Для увеличения жесткости кожуха на него надеты кольца. Среднее кольцо имеет две цапфы для за­ хвата крюками разливочного крана. В дне ковша установлен специальный кирпич с отверстием, в который установлен раз­ ливочный стакан. Во время разливки стали отверстие разливоч­ ного стакана открывается или закрывается стопором при по­ мощи специального механизма.

Стопор состоит из железной штанги, на конец которой на­ винчивается шамотная пробка, а выше надеты шамотные труб­ ки для предохранения от расплавления жидкой сталью. После выпуска стали в ковш ее выдерживают в течение нескольких минут. Во время выдержки происходит более полное выравни-