Выплавка стали в электропечах

Преимущества электроплавки. Электроплавка — наиболее совершенный способ получения литой стали. Быстрый подъем и точное регулирование температуры, высокий нагрев и возможность создания окислительной и восстановительной атмосферы в плавильном пространстве — все это позволяет выплавлять сталь точного химического состава, с особыми физическими и химическими свойствами. Электроплавка также дает возможность получения высококачественных сталей, содержащих такие тугоплавкие элементы, как вольфрам, ванадий, молибден, расплавление которых в других печах затруднительно.

Работа электропечей. Электропечи могут работать как на жидкой, так и на твердой шихте. Работа на твердой шихте (лом, стружка, отходы проката) в основных печах является наиболее распространенной. Процесс плавки включает: .1) расплавление шихты; 2) окисление примесей; 3) раскисление стали; 4) удаление серы; 5) доводку стали до требуемого химического состава.

Расплавление шихты и порядок выгорания примесей в электропечи аналогичен мартеновскому процессу. По мере расплавления металла происходит окисление железа и содержащихся в нем примесей. В качестве окислителей добавляют железную руду и окалину. После окисления примесей образуются разные химические соединения, которые переходят в шлак. В качестве шлакообразующих материалов в печь вводят известь или известняк и плавиковый шпат — флюорит CaF₂ (Т_ПЛ= 1378°).

Современные электрические печи для выплавки стали можно разделить на две группы — дуговые и индукционные.

В дуговых печах теплота получается от горения электрической дуги, образующейся непосредственно между электродами (печи с «независимой» дугой) или между электродами и металлической ванной (печи с «зависимой» дугой).

Индукционные печи позволяют получать более чистый металл, чем при плавке в дуговых печах. Принцип их работы основан на выделении тепла при прохождении тока через проводник. Таким проводником является сама металлическая шихта. Индукционные печи удобны тем, что не требуют электродов, благодаря чему предотвращается опасность науглероживания ме­талла, и упрощается управление печью. Кроме того, под действием магнитного потока (магнитных силовых линий) усиливается циркуляция металла, что очень важно для ускорения химических реакций и получения однородного металла.

В зависимости от футеровки различают кислые и основные электропечи.

При кислом процессе нельзя удалить серу и фосфор (требуются чистые исходные материалы). В основных электропечах эти элементы удаляются легко, поэтому основные печи применяются для получения высококачественных сортов стали. Кислые же печи применяются главным образом для получения стальных фасонных отливок.

Разливка стали в слитки

Для разливки стали используется Сталеразливочный ковш стальной кожух 8, футерованный внутри огнеупорным кирпичом. Для удаления растворенных в стали газов и шлаковых включений, а также для выравнивания состава стали ее выдерживают некоторое время в ковше (для ковша емкостью 45 т выдержка составляет около 10 мин). После выдержки ковш переносят к разливочному участку, где установлены изложницы - металлические формы, наполняемые расплавленным метал­лом. Изложница отливается из жаростойкого чугуна и представляет собой толстостенную форму, открытую, как правило, сверху и снизу. Для слитков, подвергающихся затем прокатке, применяются изложницы квадратного или плоского сечения, а для слитков, предназначенных для ковки,— многоугольного сечения. Для прокатки труб могут применяться слитки, по­лучаемые в изложницах круглого сечения. Стальные слитки могут иметь вес от 100 кг до 100 т и выше. Соответственно вес изложниц может составлять от 1,2 до 0,7 веса слитка. Перед заливкой стенки изложниц очищаются металлическими щетками и скребками. Для увеличе­ния срока службы и предохранения от прикипания стали стенки предварительно подогретой до 80—100° изложницы покрывают смазкой из каменноугольной смолы или графита.

Способы разливки стали. Существуют три способа разливки стали: 1) сверху; 2) снизу; 3) непрерывная.

При разливке сверху (рис. 4.4а) разливочный ковш транспортируется электромостовым краном к подготовленным под заливку изложницам и останавливается над каждой из них. При разливке снизу (сифонный способ) изложницы устанавливаются на специальные керамические плиты (сифонный кирпич)', соединенные между собой шамотными трубами (рис. 4.4б). Эти плиты имеют внутри каналы, объединяющие их в единую литниковую систему. Через один, общий литник можно отливать одновременно до 40 слитков. Отсутствие брызг при заполнении изложниц снизу позволяет получить более чистую поверхность слитка, но размывание металлом огнеупоров центрального литника и каналов сифонных кирпичей приводит к образованию большего количества неметалличе­ских включений, чем при разливке сверху. Кроме этого, сифонная ₀азливка имеет еще ряд недостатков: потеря металла в виде литниковой системы, более трудоемкая подготовка изложниц к заливке однократное использование сифонного припаса (керамических плит, труб и др.)

Рис. 4.4 Схемы разливки стали: а – сверху, б – снизу.

Преимущества сифонной разливки

1. одновременная отливка нескольких слитков сокращает длительность разливки плавки и позволяет разливать в мелкие слитки плавки большой массы;

2. вследствие сокращения общей длительности разливки скорость подъема металла в изложнице может быть значительно меньшей чем при разливке сверху;

3. поверхность слитка получается чистой, так как металл в из­ложницах поднимается спокойно без разбрызгивания;

4. повышается стойкость футеровки ковша и улучшаются условия работы стопора и шиберного затвора вследствие меньшей длитель­ности разливки и уменьшения числа открываний и закрываний сто­пора или затвора;

5. во время разливки можно следить за поведением поднимаю­щегося металла в изложнице и в соответствии с этим регулировать скорость разливки.

Недостатки сифонной разливки:

1. сложность и повышенная стоимость разливки, обусловленные расходом сифонного кирпича, установкой дополнительного оборудо­вания и значительными затратами труда на сборку поддонов и центро­вых;

2. дополнительные потери металла в виде литников (0,7—2,5 % от массы разливаемой стали) и возможность потерь при прорывах металла через сифонные кирпичи;

3. необходимость нагрева металла в печи до более высокой тем­пературы, чем при разливке сверху, так как он дополнительно ох­лаждается в каналах сифонного кирпича.

Преимуществами разливки сверху являются:

1. более простая подготовка оборудования к разливке и меньшая стоимость разливки;

2. отсутствие расхода металла на литники;

3). температура металла перед разливкой может быть ниже, чем при сифонной разливке.

Вместе с тем, разливке сверху присущи следующие недостатки:

1. образование плен на поверхности нижней части слитков, что является следствием разбрызгивания металла при ударе струи о дно изложницы. Застывшие на стенках изложницы и окисленные с поверхности брызги металла не растворяются в поднимающейся жидкой стали, образуя дефект поверхности — плены, которые не свариваются с металлом при прокатке, благодаря чему поверхность прокатанных заготовок приходится подвергать зачистке;

1. большая длительность разливки;

2. из-за большой длительности разливки снижается стойкость' футеровки ковша и в связи с большим числом открываний и закры­ваний ухудшаются условия работы стопора или шиберного затвора.

Наиболее прогрессивной является непрерывная разливка.

В установке для непрерывной разливки стали (УНРС) радиального типа (рис. 4.5) жидкая сталь из ковша 2 через промежуточное разливочное устройство 3 поступает в кристаллизатор 1, нижнее отверстие которого перед заливкой закрыто затравкой 5 — металлическим стержнем с сечением, соответствующим сечению кристаллизатора. Кристаллизатор представляет собой пустотелую сквозную изложницу, охлаждаемую проточной водой. Он может иметь квадратное или прямоугольное сечение заданных размеров. Металл 4 при помощи паза в виде «ласточкина хвоста» сцепляется с затравкой и затвердевает у её поверхности и у стенок кристаллизатора. По до­стижении поступающим из ковша металлом определенного уровня включаются тянущие валки 7, и затравка вместе с. приварившимся к ней слитком начинает вытягиваться из кристаллизатора. Слиток, имеющий еще жидкую сердце­вину, проходит зону вторичного охлаждения 6, где обрызгивается водой и затвердевает по всему сечению. Под действием тянущих валков вытягиваемый из кристаллизатора слиток изгибается, а за­тем продолжает перемещаться по роликам горизонтально установ­ленного рольганга 10. При помощи автогенного резака 8 от слитка отрезается заготовка 9 необходимой длины.

Рис. 4.5 Установка для непрерывной разливки стали