Металлургическое производство

При выплавке стали в дуговых печах различают окислительный и восстановительный периоды.

Во время окислительного периода расплавляется шихта, окисляется Si, Mn, P, избыточный С, частично Fe и др. элементы, например, Cr, Ti и образуется первичный шлак. Реакции окисления такие же, как в мартеновском процессе. Фосфор из металла удаляется в течение І половины окислительного периода, пока металл в ванне сильно еще не прогрелся. Образовавшийся при этом первичный фосфористый шлак в количестве 60 - 70 % удаляют из печи.

Для получения нового шлака в печь подают обожженную известь, железную руду, бокситы, плавиковый шпат, битый шамотный кирпич. После удаления фосфора и скачивания первичного шлака металл хорошо прогревается и начинается горение углерода (кипение ванны). Во время кипения ванны в течение 45 - 60 мин избыточный углерод сгорает, растворенные газы и неметаллические включения удаляются. После удаления углерода скачивают весь шлак. Если в металле в период окисления углерода содержится меньше, чем требуется по химическому составу, то в печь вводят куски графитовых электродов или кокс.

Восстановительный период плавки. В этот период раскисляют металл, переводят максимально возможное количество серы в шлак, доводят химический состав металла до заданного и подготавливают его к выпуску из печи.

Восстановительный период при выплавке сталей с низким содержанием углерода проводится под белым (известковым) шлаком, а при выплавке высокоуглеродистых сталей (более 1 % С) - под карбидным шлаком.

Выплавка металла под белым шлаком.

Для получения белого шлака в печь загружают шлаковую смесь (4 % массы металла), состоящую из 80 % извести и 20 % плавикового шпата. Через некоторое время на поверхности металла образуется слой шлака с достаточно высокой концентрацией FeO и MnO. Пробы металла имеют темный цвет. Этот шлак не может раскислять металл.

Перед раскислением металла в печь забрасывают 2 - 3 порциями вторую шлаковую смесь, состоящую из 4 - 5 частей кусковой извести, 1 части плавикового шпата, 2 - 3 частей молотого древесного угля и кокса.

Через некоторое время содержание FeO и MnO в шлаке снижается, закись железа FeO начинает переходить в шлак.

Для усиления раскисляющего действия белого шлака на металл к концу периода в печь забрасывают порошок ферросилиция, под влиянием которого содержание FeO в шлаке снижается до 1 - 1,5 %. В белом шлаке содержится 50 - 60 % СаО, а на поверхности его плавает древесный уголь, что позволяет эффективно из металла удалять серу.

В этот период в металл вводят необходимые добавки, в том числе и легирующие. Окончательно металл раскисляют в печи алюминием.

Выплавка металла под карбидным шлаком.

На І стадии восстановительный период происходит так же, как и под белым шлаком. Затем на поверхность шлака загружают карбидообразующую смесь, состоящую из 1 части кокса, 3 частей извести и 1 части плавикового шпата. При высоких температурах происходит реакция, в результате которой образуется карбид кальция СаС2, который увеличивает раскислительную и обссеривающую способность карбидного шлака. Карбидный шлак содержит 55 - 65 % СаО и 0,3 - 0,5 % FeO, он обладает науглероживающей способностью.

Выплавка стали без окисления примесей

Этот метод называется методом переплава. В печь не загружают железную руду, условия для кипения ванны отсутствуют. Шихта состоит из легированных отходов с низким содержанием фосфора, поскольку его нельзя будет удалить в шлак. В печь загружают отходы стали близкие по химическому составу к готовой стали. Для понижения содержания углерода в шихту добавляют 10 - 15 % мягкого железа (0,1 % С). Образующийся при расплавлении шихты первичный железистый шлак из печи не удаляют. Это сохраняет легирующие элементы (Cr, Ni, V), которые переходят из шлака в металл. В восстановительный период плавки может быть белый или карбидный шлак.

3.5 Технико-экономические показатели работы электродуговых печей

Зависят от мощности трансформатора, способа загрузки шихты, марки стали, способа выплавки и др. Средняя продолжительность плавки без применения кислорода составляет 5 - 6,5 ч. Расход электроэнергии 750 - 850 кВт•ч / т.

В электропечах выплавляют качественные стали с низким содержанием вредных примесей (особенно серы), включая высоколегированные и специальные стали.

Устройство индукционных печей

Индукционная печь отличается от дуговой способом подвода энергии к расплавленному металлу. Индукционная печь работает примерно так же, как обычный трансформатор: имеется первичная катушка (индуктор), вокруг которого при пропускании переменного тока создается переменное магнитное поле. Магнитный поток создает во вторичной цепи (загруженном металле) переменный ток (ток Фуко), под влиянием которого нагревается и расплавляется металл. Индукционные печи имеют емкость от 50 кг до 10 т и более.

Тигельная индукционная печь состоит из немагнитного каркаса, внутри которого монтируется индуктор и огнеупорный плавильный тигель. Индуктор печи выполнен в виде катушки с определенным числом витков медной трубки, внутри которой циркулирует охлаждающая вода.

Металл загружается в тигель, который является вторичной обмоткой. Переменный ток вырабатывается в машинных или ламповых генераторах. Подвод тока от генератора осуществляется посредством гибкого кабеля или медных шин. Мощность и частота тока определяется емкостью плавильного тигля и составом шихты. Обычно в индукционных печах используется ток с частотой 500 - 2500 Гц. Мощность генератора выбирают из расчета 1,0 - 1,4 кВт / кг шихты. Плавильные тигли изготавливают из кислых или основных огнеупоров.

Работа индукционных печей

В индукционных печах сталь выплавляют методом переплава шихты. Угар легирующих элементов при этом получается очень небольшим. Шлак в тигле образуется при загрузке шлакообразующих компонентов на поверхности расплавленного металла. Температура шлака во всех случаях меньше температуры металла, так как шлак не обладает магнитной проницаемостью и в нем не индуцируется ток. Для выпуска стали из печи тигель наклоняют в сторону сливного носка.

В индукционных печах нет электродов, поэтому металл не науглероживается. Под действием электромагнитных сил металл в тигле циркулирует, что ускоряет химические реакции и способствует получению однородного металла.

Индукционные печи применяют для выплавки высоколегированных сталей и сплавов особого назначения, имеющих низкое содержание углерода и кремния. Для получения высококачественной стали индукционную печь помещают в камеру, внутри которой создают вакуум или атмосферу из газов регулируемого состава.

3.6 Разливка стали

Устройство сталеплавильного ковша

Сталь выпускают из сталеплавильного агрегата в хорошо разогретый сталеразливочный ковш.

Металлический кожух ковша имеет снаружи стальное кольцо с цапфами для захвата крюком мостового крана. Изнутри ковш футерован шамотным кирпичом. В днище ковша вставлен стакан с отверстием для выпуска стали. Отверстие в стакане закрывается огнеупорной пробкой, навинченной на стальной стержень стопора, защищенного огнеупорными кольцами. Стопор поднимается и опускается вручную с помощью системы рычагов и опорных приспособлений или с помощью электромагнитов.

Емкость ковша выбирают такой, чтобы он вмещал всю плавку и некоторое количество шлака для тепловой изоляции металла.

Сталь разливают по изложницам для получения слитков или в формы для получения фасонного литья.

Изложницы

Изложницы для получения стальных слитков изготавливают из чугуна. Они представляют собой сквозные толстостенные сосуды, а иногда сосуды, открытые сверху. Изложницы имеют квадратное, круглое, прямоугольное или др. сечение.

Практикой установлено определенное соотношение между высотой и поперечным сечением изложниц: высота в 5 - 6 раз больше размера поперечного сечения. Сквозную изложницу ставят на массивный поддон. Стенки изложницы имеют небольшую конусность для облегчения выемки слитков. В сталелитейных цехах получают слитки массой от 100 кг до 250 т и более. Слитки, направляемые в прокатные цехи, имеют массу 6 - 8 т.

Разливка стали сверху

Применяют два способа разливки стали: сверху и снизу.

При разливке стали сверху каждую изложницу заполняют сталью. Ковш при помощи мостового крана устанавливают так, чтобы отверстие стакана находилось в центре поперечного сечения изложницы.

Такую разливку применяют для получения крупных слитков.

При разливке стали сверху наблюдается меньше неметаллических включений.

Сифонная разливка стали

(разливка снизу)

При сифонной разливке сталь из ковша 5 заливается в центральную трубу 3, выложенную шамотными трубками, и поступает одновременно в целый ряд изложниц 1 через каналы, составленные из шамотных пустотелых кирпичей 4 (сифонный припас), собранных в чугунном поддоне 2.

Жидкая сталь в изложнице по мере охлаждения уменьшается в объеме, т. е. происходит усадка. В первую очередь затвердевает та часть слитка, которая прилегает к стенкам изложницы, внутренняя часть его некоторое время остается жидкой. Это приводит к образованию усадочной раковины. Чтобы уменьшить ее образование, нужно замедлить охлаждение стали в верхней части изложницы. Для этого применяют прибыльные надставки 5, которые являются продолжением изложницы.

Они имеют коническую форму и изнутри футеруются.

В надставке сталь затвердевает в последнюю очередь и основная часть усадочной раковины получается в прибыльной части слитка, которая впоследствии отрезается.

При сифонной разливке поверхность слитка получается более чистой, но в металле содержится повышенное количество неметаллических включений. Применяется для мелких и средних слитков.

3.7 Непрерывная разливка стали

Большая экономия металла (более 10 %) получается при непрерывной разливке стали. При этом качество стали также получается выше. Это обусловлено тем, что при этом способе разливки вся жидкая сталь затвердевает в виде одного непрерывного слитка, соответственно и усадочная раковина получается одна на всю плавку.

При непрерывной разливке жидкая сталь из ковша 1 поступает в промежуточное устройство 2 и дальше в охлаждаемые водой кристаллизаторы 3. В каждом из кристаллизаторов имеется стальная затравка, задерживающая первые порции жидкой стали. При соприкосновении жидкого металла с затравкой начинается быстрое затвердевание стали. При этом сталь приваривается к затравке и вытягивается вместе с ней роликами 5. Затвердевание непрерывно движущегося слитка 4 ускоряется при прохождении его через зону вторичного охлаждения водой 7 и воздухом 6. В нижней части установки слиток разрезается передвигающейся синхронно с ним газорезкой 9, которые по конвейеру через приемный стол поступают в прокатный цех.

Слитки, полученные непрерывной разливкой, имеют плотную мелкозернистую структуру, в них нет усадочных раковин, меньше неметаллических включений, при этом выход продукции на 8 - 10 % выше, чем при разливке стали в изложницы.

Размещено на Allbest.ru