6 Физико-химические основы производства стали

загрузка стального скрапа заливка передельного чугуна загрузка флюса и гашеной извести опускание фурмы и подача дутья 1-окисление железa Fe+O=FeO+Q exoterm Mn+FeO=MnO+Fe+Q Mn в шлак и его содержание в сплаве падает Si=2FeO=SiO2+2Fe+Q 2P+FeO+4CaO=P2O5*4CaO +Fe то падает содержание фосфора до 0,035%,сталь кипит 30-35 минут реакция кипения стали С+FeO=Fe+CO| из-за выделениия СО появляется булькание удаление фурмы,прекращение дутья раскисление стали тк очень много FeO ,то сталь необходимо раскислить 3 типа раскислителя FeS,FeMn,Al

2 способа

диффузионное-не ждут пока раскислиться кусок-его кристаллизуют осаждающее-мелко измельчают раскислитель и его ссыпают из конвектора в ковш,более эффективен

Вопрос №7 ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ

Устройство и работа мартеновской печи. Мартеновская печь - пла­менная отражательная регенеративная печь. Она имеет рабочее плавильное про­странство, ограниченное снизу подиной , сверху сводом , а с боков передней и задней стенками. Подина имеет фор­му ванны с откосами по направлению к стенкам печи. Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плав­ки стали в шлаке преобладают основные оксиды, процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые -кислым. Основную мартеновскую печь футеруют магнезитовым кирпичом, на который набивают магнезитовый поро­шок. Кислую мартеновскую печь футеру­ют динасовым кирпичом, а подину наби­вают из кварцевого песка. Свод марте­новской печи делают из динасового кир­пича или магнезитохромитового кирпича.

В передней стенке печи имеются загру­зочные окна для подачи шихты и флюса, а в задней - отверстие для выпуска гото­вой стали.

В нашей стране работают мартенов­ские печи вместимостью от 200 до 900 т жидкой стали. Важнейшим параметром мартеновской печи является площадь по­да, которую условно подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. Напри­мер, для печи вместимостью 900 т пло­щадь пода составляет 160 м². Головки пе­чи служат для смешивания топлива (ма­зута или газа) с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство.

Для подогрева воздуха и газа при рабо­те на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора /. Регенератор - это ка­мера, в которой размещена насадка - ог­неупорный кирпич, выложенный в клетку. Отходящие из печи газы имеют темпера­туру 1500 ... 1600 °С. Попадая в регенера­торы, газы нагревают насадку до темпера­туры 1250 ... 1280 °С. Через один из регенераторов, например правый, подают воз-дух, который, проходя через насадку, на­гревается до температуры 1100... 1200 °С и поступает в головку печи, где смешива­ется с топливом: на выходе из головки образуется факел , направленный на шихту . Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пы­ли, и направляются во второй (левый) ре­генератор, нагревая его насадку. Охлаж­денные газы покидают печь через дымо­вую трубу . После охлаждения насадки правого регенератора переключают кла­паны, и поток газов в печи изменяет на­правление.

Факел имеет температуру 1750 ... 1800 °С и нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса: 1) скраппроцесс, при котором шихта со­стоит из стального лома (скрапа) и 25 ... 45 % чушкового передельного чугуна; процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но расположенных в промышленных центрах, где много метал­лолома; 2) скрапрудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55 ... 75 %), скрапа и железной руды; процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи. Наи­большее количество стали производят скрапрудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой, что позво­ляет переделывать в сталь различные шихтовые материалы.

Плавка стали скрап-рудным процессом в основной мартеновской печи. В печь с помощью завалочной машины загружают железную руду и известняк и после их подогрева подают скрап. По окончании прогрева скрапа в печь зали­вают жидкий чугун, который взаимодей­ствует с железной рудой и скрапом. В период плавления за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор по реакции (6), марганец и частично углерод. Оксиды SiO₂, P2O5, МпО, а также СаО и извести образуют шлак с высоким содержанием FeO и МпО (железистый шлак). После расплавления шихты, окисления значительной части примесей и разогрева металла проводят период "кипения" ванны: в лечь загружают железную руду и проду­вают ванну подаваемым по трубам кислородом. Окисление уг­лерода в достаточно прогретой ванне вызывает вспенивание шлака, который вы­пускается самотеком через шлаковое от­верстие или порог завалочного окна. Этот шлак содержит значительное количество фосфора в виде 3FeO - P₂O_S и кремнезем (SiO₃).

Для удаления из металла серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита или плави­кового шпата для уменьшения вязкости шлака. Содержание СаО в шлаке возрас­тает, a FeO уменьшается. Это создает ус­ловия для интенсивного протекания реак­ций и удаления из металла серы.

В период "кипения" углерод интенсив­но окисляется. Поэтому для "кипения" ванны шихта должна содержать избыток углерода (на 0,5 ... 0,6 %) сверх заданного в выплавляемой стали. В процессе "кипе­ния" металл доводится до заданного хи­мического состава, его температура вы­равнивается по объему ванны, из него удаляются газы и неметаллические вклю­чения. Процесс "кипения" считают оконченным если содержание углерода в ме­талле соответствует заданному, а содержание фосфора минимально.

После этого металл раскисляют в два этапа: 1) в период "кипения" прекращают загрузку руды в печь, вследствие чего рас­кисление идет путем окисления углерода металла, одновременно подают в ванну раскислители - ферромарганец, ферроси­лиций, алюминий; 2) окончательно рас­кисляют алюминием и ферросилицием в ковше при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпуска­ют в сталеразливочный ковш через отвер­стие в задней стенке печи. В основных мартеновских печах вы­плавляют стали углеродистые конструк­ционные, низко и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, кото­рые получают в плавильных электропечах.

Кислый мартеновский процесс. Этим способом выплавляют качественные стали. Поскольку в печах с кислой футеров­кой нельзя навести основной шлак для удаления фосфора и серы, применяют шихту с низким содержанием этих состав­ляющих. Стали, выплавляемые в кислых мартеновских печах, содержат меньше водорода, кислорода, азота, неметаллических включений, чем выплавленные в ос­новной печи. Поэтому кислая сталь имеет более высокие механические свойства, особенно ударную вязкость и пластич­ность, и ее используют для особо ответст­венных деталей." коленчатых валов круп­ных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

Основные технико-экономические по­казатели производства стали в мартенов­ских печах следующие: производитель­ность печи, определяемая съемом стали с 1 м² площади пода в сутки (т/м² в сутки), и расход топлива на 1 т выплавляемой стали (кг/т). Средний съем стали с 1 м² площади пода в сутки составляет 10 т/м², а расход условного топлива - до 80 кг/т

Вопрос №8 ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРАХ

Кислородно-конвертерный процесс-это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и про­дувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.Кислородный конвертер -это сосуд грушевидной формы , корпус которого сварен из листовой стали толщи­ной от 50 до 100 мм. Внутренняя футеров­ка корпуса, как правило, двухслойная, толщиной 700 ... 1000 мм. Она изготовля­ется из основных огнеупорных материа­лов, преимущественно из магнезита и до­ломита. Стойкость рабочего слоя состав­ляет 400 ... 600 плавок. Конвертер имеет опорный пояс с цапфами, расположен­ными в подшипниках опор. Для поворота конвертера предусмотрен механизм при­вода 4, при помощи которого конвертер может поворачиваться в обе стороны на любой угол. Сверху через горловину в рабочее про­странство конвертера входит водоохлаждаемая кислородная фурма. Расстояние от ванны до сопел фурмы может изменяться по ходу плавки, обеспечивая ра­циональный режим продувки. Вместимость конвертера от 70 до 350 т расплавленного чугуна.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, сталь­ной лом (не более 30 %), известь для наве­дения шлака, железная руда, а также бок­сит (AI2O3), плавиковый шпат (CaF₂), ко­торые применяют для разжижения шлака. Перед плавкой конвертер наклоняют, через горловину с помощью завалочных машин загружают скрап, заливают чугун при температуре 1250 ... 1400 °С. После этого конвер­тер поворачивают в вертикальное рабочее положение, внутрь его вводят водоохлаждаемую фурму и через нее подают кислород под давлением 0,9 ... 1,4 МПа. Расход кислорода составляет 2 ... 5 м³/мин на 1 т металла. Чистота техниче­ского кислорода должна быть 99,5 ... 99,7 %, что обеспечивает в готовой стали низкое содержание азота (0,002 ... 0,004 %). Одновременно с началом продувки в кон­вертер загружают известь, боксит, желез­ную руду. Струи кислорода проникают в металл, вызывают его циркуляцию в кон­вертере и перемешивание со шлаком. Бла­годаря интенсивному окислению приме­сей чугуна при взаимодействии с кисло­родом в зоне под фурмой развивается температура до 2400 °С.

В зоне контакта кислородной струи с чугуном в первую очередь окисляется же­лезо, так как его концентрация во много раз выше, чем примесей. Образующийся оксид железа растворяется в шлаке и ме­талле, обогащая металл кислородом. Ки­слород, растворенный в металле, окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и содержание их понижается. При этом происходит разогрев ванны металла теп­лотой, выделяющейся при окислении примесей, поддержание его в жидком со­стоянии.

В кислородном конвертере благодаря присутствию шлаков с большим содержа­нием СаО и FeO, перемешиванию металла и шлака создаются условия для удаления из металла фосфора по реакции в нача­ле продувки ванны кислородом, когда ее температура еще невысока. В чугунах, перерабатываемых в конвертерах, не должно быть более 0,15 % Р. При повы­шенном (до 0,3 %) содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает про­изводительность конвертера.

Удаление серы из металла в шлак про­текает в течение всей плавки по реакциям. Однако высокое содержание в шлаке FeO (до 7 ... 20 %) затрудняет удале­ние серы из металла. Поэтому для передела в сталь в кислородных конвертерах приме­няют чугун с содержанием до 0,07 % S.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответст­вует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш.

Последовательность технологических операций при выплавке стали конвертерах При выпуске стали из конвертера ее раскисляют в ковше осаждающим мето­дом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием; затем из конвертера сливают шлак. В кислородных конвертерах выплав­ляют конструкционные стали с различным содержанием углерода, кипящие и спо­койные. В кислородных конвертерах трудно выплавлять стали, содержащие легкоокисляющиеся легирующие элементы, поэтому в них выплавляют низколегируемые (до 2 ... 3 % легирующих элементов) стали. Легирующие элементы вводят в ковш, расплавив их в электропечи, или твердые ферросплавы вводят в ковш перед выпус­ком в него стали. Плавка в конвертерах вместимостью 130 ... 300 т заканчивается через 25 ... 30 мин. Кислородно-конвер­терный процесс - более производитель­ный, чем плавка стали в мартеновских печах..

Вопрос №9 РАЗЛИВКА СТАЛИ

Выплавленную сталь выпускают из плавильной печи в разливочный ковш, из которого ее разливают в изложницы или кристаллизаторы машины для непрерыв­ного литья заготовок (МНЛЗ). В изложни­цах или кристаллизаторах сталь затверде­вает, и получаются слитки, которые под­вергают прокатке, ковке.

Изложницы - чугунные формы для изготовления слитков. Изложницы выпол­няют с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечными сечениями. Слитки квадратного сечения переделывают на сортовой прокат (дву­тавровые балки, швеллеры, уголки и т.д.). Слитки прямоугольного сечения переде­лывают на лист. Из слитков круглого сече­ния изготовляют трубы, колеса. Много­гранные слитки используют для поковок.

Для прокатки отливают слитки массой 200 кг ... 25 т; для поковок - массой 300 т и более. Обычно углеродистые спокойные и кипящие стали разливают в слитки массой до 25 т, легированные и высококачествен­ные стали - в слитки массой 500 кг ... 7 т, анекоторые сорта высоколегированных ста­лей - в слитки массой несколько кило­граммов.Сталь разливают в изложницы сверху, снизу (сифоном) и на МНЛЗ.В изложницы сверху сталь разливают непосредственно из ковша.

При сифонной разливке сталью заполняют несколько изложниц (4 ... 60). Изложницы устанавливают на поддоне , в центре которого располагает­ся центровой литник , футерованный ог­неупорными трубками , соединенный каналами с изложницами. Жидкая сталь из ковша поступает в центровой литник и снизу плавно, без разбрызгивания заполняет изложницу . Поверхность слитка получается чистой, можно разли­вать большую массу металла одновремен­но в несколько слитков. Для обычных уг­леродистых сталей используют разливку сверху, а для легированных и высококаче­ственных - разливку сифоном.

Непрерывная разливка стали состоит в том, что жидкую сталь из ковша через промежуточное разливочное устройство непрерывно подают в водоохлаждаемый кристаллизатор , из нижней части кото­рого вытягивается затвердевающий слиток. Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят затравку, обра­зующую его дно. Жидкий металл, попадая в кристаллизатор и на затравку, охлажда­ется, затвердевает, образуя корку, и со­единяется с затравкой. Затравка тянущими валками вытягивается из кристаллизато­ра вместе с затвердевающим слитком, сердцевина которого еще жидкая. Ско­рость вытягивания слитка из кристаллиза­тора составляет от 0,3 до 10 м/мин, она зависит от его поперечного сечения, температуры разливаемого металла, условий вторичного охлаждения и теплофизических свойств разливаемой стали. Напри­мер, скорость вытягивания слитков с се­чениями 150 х 500 и 300 х 2000 мм около 1 м/мин.

На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой из форсунки в зоне вторичного охлаждения. Затем затвердев­ший слиток попадает в зону резки, где его разрезают газовым резаком на слитки заданной длины. Таким способом отливают слитки с прямоугольным поперечным сече­нием (150 х 500 ... 300 х 2000 мм), с квадратным сечением (150 х 150 ... 400 х 400 мм), круглые в виде толстостен­ных труб. Вследствие направленного за­твердевания и непрерывного питания при усадке слитки непрерывной разливки имеют плотное строение и мелкозерни­стую структуру, в них отсутствуют уса­дочные раковины. Выход годных загото­вок может достигать 96 ... 98 % массы разливаемой стали.

Машины непрерывного литья могут иметь несколько кристаллизаторов, что позволяет одновременно получать не­сколько слитков, которые могут быть про­катаны на сортовых станах, минуя блю­минги и слябинги.

Вопрос № 10 КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И СТРОЕНИЕ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СТАЛИ. Залитая в изложницы сталь отдает теп­лоту ее стенкам, поэтому затвердевание стали начинается у стенок изложницы. Толщина закристаллизовавшейся корки непрерывно увеличивается, при этом ме­жду жидкой сердцевиной слитка и твер­дой коркой металла располагается зона, в которой одновременно имеются растущие кристаллы и жидкий металл между ними. Кристаллизация слитка заканчивается вблизи его продольной оси. Сталь затвердевает в виде кристаллов древовидной формы - дендритов. Размеры и формы дендритов зависят от условий кристаллизации. На строение стального слитка большое влияние оказывает сте­пень раскисленности стали.

Спокойная сталь за­твердевает без выделения газов, в верхней части слитка образуется усадочная рако­вина , а в средней - усадочная осевая рыхлость. Для устранения усадочных дефектов слитки спокойной стали отливают с при­былью, которая образуется надставкой со стенками, футерован­ными огнеупорной массой малой тепло­проводности. Поэтому сталь в прибыли долгое время остается жидкой и питает слиток, а усадочная раковина располагает­ся в прибыли. Слиток спокойной стали имеет следующее строение: тонкую наружную корку из мелких рав­ноосных кристаллов; зону крупных столбчатых кристаллов (дендритов); зону крупных неориентированных кристал­лов; конус осаждения , мелкокристалли­ческую зону у донной части слитка. Стальные слитки неоднородны по хими­ческому составу. Химическая неоднород­ность, или ликвация, возникает вследст­вие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого со­стояния в твердое. Ликвация бывает двух видов - дендритная и зональная.

Дендритная ликвация - неоднород­ность стали в пределах одного кристалла (дендрита) - центральной оси и ветвей. Например, при кристаллизации стали со­держание серы на границах дендрита по сравнению с содержанием в центре увели­чивается в 2 раза, фосфора - в 1,2 раза, а углерода уменьшается почти наполовину.

Зональная ликвация - неоднородность состава стали в различных частях слитка. В верхней части слитка из-за конвекции жидкого металла содержание серы, фос­фора и углерода увеличивается в несколь­ко раз, а в нижней части -уменьшается. Зональная ликвация приво­дит к отбраковке металла вследствие от­клонения его свойств от заданных. Поэто­му прибыльную и подприбыльную части слитка, а также донную его часть при про­катке обрезают.

В слитках кипящей стали не образуются усадочные раковины: усадка стали рассредоточена по полостям газовых пузырей, возникающих при кипе­нии стали в изложнице. При прокатке слитка газовые пузыри завариваются. Ки­пение стали влияет на зональную ликва­цию в слитках, которая развита в них больше, чем в слитках спокойной стали. Углерод, сера и фосфор потоком металла выносятся в верхнюю часть слитка, отчего свойства стали в этой части слитка ухуд­шаются. Поэтому при прокатке отрезают только верхнюю часть слитка, так как в донной ликвация мала. Для уменьшения ликвации кипение после заполнения из­ложницы прекращают, накрывая слиток металлической крышкой ("механическое закупоривание"), либо раскисляют металл алюминием или ферросилицием в верхней части слитка ("химическое закупорива­ние"). Слиток кипящей стали имеет следую­щее строение: плотную наружную корку без пузырей; зону мел­ких кристаллитов; зону сотовых пузырей , вытянутых к оси слитка и располагаю­щихся между кристаллитами ; зону неориентированных кристаллитов; промежуточную плотную зону ; зону вто­ричных круглых пузырей и среднюю зону с отдельными пузырями.

Полуспокойная сталь сохраняет преимущества спокойной и кипящей сталей и не имеет их недостатков. Полуспокойная сталь частично раскисляется в печи и ковше, а частично в изложнице. Слиток полуспо­койной стали имеет в нижней части струк­туру спокойной стали, а в верхней - ки­пящей. Ликвация в верхней части слитка полуспокойной стали меньше, чем кипя­щей, и близка к ликвации спокойной ста­ли, но слитки полуспокойной стали не имеют усадочных раковин.

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИ КАЧЕСТВА СТАЛИ Развитие машиностроения и приборо­строения предъявляет возрастающие тре­бования к качеству металла: его прочно­сти, пластичности, газосодержанию. Улучшить эти показатели можно уменьшением в металле вредных примесей, газов, неме­таллических включений. Для повышения качества металла используют обработку металлов синтетическим шлаком, вакуум­ную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумнодуговой пере­плав (ВДП), переплавметалла в электрон­но-лучевых и плазменных печах и другие способы. Обработка металла синтетическим шлаком заключается в следую­щем. Синтетический шлак, состоящий из 55 % СаО, 40 % А1₂О3, небольшого коли­чества SiO₂, MgO и минимума FeO, выплав­ляют в электропечи и заливают в ковш . В этот же ковш затем заливают сталь. При перемешивании стали и шлака поверхность их взаимодейст­вия резко возрастает, и реакции между ними протекают гораздо быстрее, чем в плавильной печи. Благодаря этому, а так­же низкому содержанию оксида железа в шлаке сталь, обработанная таким спосо­бом, содержит меньше серы, кислорода и неметаллических включений, улучшаются ее пластичность и прочность. Такие стали применяют для изготовления ответствен­ных деталей машин.

Вакуумирование стали проводят для понижения концентрации кислорода, во­дорода, азота и неметаллических включе­ний. Для вакуумирования используются различные способы, например вакуумирование в ковше, циркуляционное и поточ­ное вакуумирование, струйное и порционное вакуумирование и др. При вакуумной обработке стали происходит раскисление углеродом, так как при снижении давления в камере концентрации углерода и кислорода становятся избыточными и появляется термодинамическая возможность протекания реакции окисления углерода. Вакуумирование стали сопровождается кипением металла. Для примера рассмотрим вакуумирование стали в ковше, циркуляционное и поточное вакуумирование. Вакуумирование стали в ковше осуществляется в камере , в которую устанавливается ковш со ста­лью, после чего камеру герметично закры­вают крышкой и соединяют с работаю­щим вакуум-насосом. На крышке камеры предусмотрен бункер для ферросплавов. При достижении разрежения с остаточным давлением 0,267 ... 0,667 кПа металл заки­пает, что свидетельствует о начале дегаза­ции. Длительность обработки зависит от температуры стали в ковше и ее массы и составляет 10 ... 20 мин. По окончании обработки камеру соединяют с атмосфе­рой, открывают камеру и ковш со сталью увозят на разливку.

Циркуляционное вакуумирование осуществляется на установке, которая состоит из вакуумной камеры со всасывающей и сливной трубами, опускаемыми в ковш со сталью. В уста­новке предусмотрен бункер для ферро­сплавов. После создания разрежения с остаточным давлением 0,267 ... 0,667 кПа в камере образуется слой металла высотой 200 ... 400 мм. В нижней части одной из труб имеется кольцевой коллектор с со­плами для ввода транспортирующего газа -аргона. Аргон, попадая в расплавленную сталь, образует взвесь мелких пузырьков, поднимающихся по трубе и увлекающих за собой металл. Попадая в камеру, металл вакуумируется и стекает по второй трубе в ковш. При скорости движения металла через камеру 15 ... 20 т/мин длительность вакуумирования составляет 20 ... 30 мин. Расход аргона 10 ... 28 л/т. Вследствие непрерывного смешивания обработанного металла с необработанным требуется трех-, четырехкратное прохождение стали через камеру.

Поточное вакуумирование стали осуществляется при непрерывной разлив­ке. Разливочный ковш со сталью герметически устанавливают на вакуумную камеру, патрубок погружен в металл промежуточного ковша. Сталь из промежуточного ковша поступает в кристаллизатор, из которого вытягивает­ся слиток. Этим способом при непре­рывной разливке вакуумируют как спокойную, так и низкоуглеродистую кипя­щую сталь, получая плотные слитки.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачест­венных сталей для шарикоподшипников, жаропрочных сталей для дисков и лопаток турбин, валов компрессоров, авиационных конструкций. Переплаву подвергают вы­плавленный в дуговой печи и прокатан­ный на круглые прутки металл. Источни­ком теплоты при ЭШП является шлаковая ванна, нагреваемая при прохождении че­рез нее электрического тока. Электриче­ский ток подводится к переплавляемому электроду, погруженному в шлаковую ванну, и к поддону, установленному в водоохлаждаемом металлическом кри­сталлизаторе, в котором находится за­травка.Выделяющаяся тепло­та нагревает шлаковую ванну до темпера­туры свыше 1700 °С и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла проходят через шлак, образуют под шлако­вым слоем металлическую ванну.

Перенос капель металла через основ­ной шлак способствует их активному взаимодействию, удалению из металла серы, неметаллических включений и рас­творенных газов. Металлическая ванна непрерывно пополняется путем расплавления электрода, под воздействием кристаллизатора постепенно формируется в слиток. Последовательная и направлен­ная кристаллизация способствует получе­нию плотного однородного слитка.

В результате ЭШП содержание кисло­рода в металле снижается в 1,5 ... 2 раза, концентрация серы снижается в 2 ... 3 ра­за, уменьшается содержание неметалличе­ских включений, они становятся мельче и равномерно распределяются в объеме слитка. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством по­верхности благодаря наличию шлаковой корочки, высокими механическими и эксплуатационными свойствами стали и сплавов. Слитки выплавляют круглого, квадратного, прямоугольного сечений массой до 110 т.

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений. Про­цесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. В зависимости от требований, предъяв­ляемых к получаемому металлу, расхо­дуемый электрод изготовляют механиче­ской обработкой слитка, выплавленного в электропечах или установках ЭШП. Рас­ходуемый электрод закрепляют на водоохлаждаемом штоке и помещают в кор­пус печи и далее в медную водоохлаждаемую изложницу. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давле­ния 0,00133 кПа.

При подаче напряжения между расхо­дуемым электродом - катодом и затрав­кой - анодом возникает дуга. Выделяю­щаяся теплота расплавляет конец электро­да; капли жидкого металла, проходя зо­ну дугового разряда, дегазируются, запол­няют изложницу и затвердевают, образуя слиток. Дуга горит между расходуемым электродом и жидким металлом в верх­ней части слитка на протяжении всей плавки. Сильное охлаждение слитка и ра­зогрев дугой ванны металла создают усло­вия для направленного затвердевания слитка, вследствие чего неметаллические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, а усадочная раковина в слитке мала. Слитки ВДП содержат мало газов, неметаллических включений, отли­чаются высокой равномерностью химического состава, повышенными механиче­скими свойствами. Из слитков изготовля­ют ответственные детали турбин, двигате­лей, авиационных конструкций. Масса слитков достигает 50т

Плавку в электронно-лучевых печах (ЭЛП) применяют для получения чистых и ультрачистых тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, циркония и др.), для выплавки специальных сплавов и сталей. Источником теплоты в этих печах являет­ся энергия, выделяющаяся при торможе­нии свободных электронов, пучок которых направлен на металл. Получение электро­нов, их разгон, концентрация в луч, на­правление луча в зону плавления осуще­ствляются электронной пушкой. Металл плавится и затвердевает в водоохлаждаемых кристаллизаторах при остаточном давлении 1,33 Па. Вакуум внутри печи, большой перегрев и высокие скорости охлаждения слитка способствуют удале­нию газов и примесей,

особо высокого качества. Однако при пе­реплаве шихты, содержащей легкоиспаряющиеся элементы, изменяется хими­ческий состав металла.

Плавку стали в плазменно-дуговых печах (ПДП) применяют для получения высококачественных сталей и сплавов. Ис­точник теплоты - низкотемпературная плаз­ма (30 000 °С), получаемая в плазменных горелках. В этих печах можно создавать нейтральную среду заданного состава (аргон, гелий). Плазменно-дуговые печи позволяют быстро расплавить шихту, в нейтральной газовой среде происходит дегазация выплавляемого металла, легкоиспаряющиеся элементы, входящие в его состав, не испаряю