Выплавка стали в электропечах реферат
Обновлено: 05.07.2024
1 Электроплавильные печи…………………………………….……….3
2 Печи сопротивления…………………………………………….……..6
3Дуговые сталеплавильные печи (ДСП)…………………..………….6
4 Индукционные сталеплавильные печи……………………………..7
5 Плазменные печи………………………………………………………9
6 Электронно-лучевые печи (установки)………………………. 107Список использованной литературы………………………………..15
Электроплавильные печи.
Эти печи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами. В электропечах можно быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу или вакуум. В этих печах можно выплавлятьсталь и сплавы любого состава, более полно раскислить металл с образованием минимального количества неметаллических включений–продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных сталей ответственного назначения, высоколегированных, инструментальных, коррозионно-стойких (нержавеющих) и других специальных сталей и сплавов.
Электроплавильные печи бывают дуговыми ииндукционными.
Дуговая электросталеплавильная печь. В этих печах в качестве источника теплоты используют электрическую дугу, возникающую между электродами и металлической шихтой. Дуговая электросталеплавильная печь (рис. 1) питается трехфазным переменным током и имеет три цилиндрических электрода 9, изготовленных из графитированной массы. Электрический ток от трансформатора гибкими кабелями 7 и медными шинами подводится кэлектрододержателям 8, а через них к электродам 9. Между электродами и металлической шихтой 4 возникает электрическая дуга, электроэнергия превращается в теплоту, которая передается металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжение 180–600 В, сила тока 1–10 кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически путем вертикального перемещения электродов.
Печь имеет стальной сварной кожух 3.Кожух печи изнутри футерован теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом 1, который может быть основным (магнезитовый, магнезитохромитовый) или кислым (динасовый). Подина 12 печи набивается огнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом в, изготовляемым также из огнеупорного кирпича и имеющим отверстия для прохода электродов. В стенках печи имеются рабочееокно 10 для управления ходом плавки и летка для выпуска готовой стали по желобу 2 в ковш.
Рис. 1. Схема дуговой электрической плавильной печи
Печь загружают при снятом своде. Механизмом 11 печь может наклоняться в сторону загрузочного окна и летки. Емкость дуговых электропечей 0,5–400 т. В металлургических цехах обычно используют дуговые электропечи с основной футеровкой, а в литейных цехах – скислой.
Основная дуговая печь. Применяют два вида технологии плавки в дуговой основной печи: на шихте из легированных отходов (методом переплава) и на углеродистой шихте (с окислением примесей).
Плавку на шихте из легированных отходов с низким содержанием фосфора проводят без окисления примесей. Шихта для такой плавки, кроме пониженного содержания фосфора, должна иметь меньшее, чем в выплавляемой стали,количество марганца и кремния. По сути это переплав. Однако в процессе плавки за счет кислорода некоторые примеси (алюминия, титана, кремния, марганца, хрома) окисляются. Кроме того, шихта может содержать окислы. Поэтому после расплавления шихты металл раскисляют, удаляют серу, наводят основный шлак, при необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического состава. Раскисляютферросилицием, алюминием, молотым коксом. При этом окислы легирующих элементов восстанавливаются и переходят из шлака в металл. Таким способом плавки получают легированные стали из отходов машиностроительных заводов.
Плавку на углеродистой шихте чаще применяют для производства конструкционных углеродистых сталей. Эту плавку проводят за два периода: окислительный и.
Выплавка стали в электропечах. Выплавке стали в электропечах предшествовал тигельный способ получения стали. Сущность тигельного способа заключается в том, что подлежащий плавке металл загружали в огнеупорные горшки с крышками, называемые тиглями, где металл расплавлялся, не соприкасаясь с кислородом воздуха. При тигельной плавке от металла полностью отделяются шлаки и почти нацело - газы. Вводимые в шихту специальные примеси хорошо растворяются в металле. Сера и фосфор при тигельной плавке не удаляются; угар металла не превышает 4%.
Вначале для шихты тигельного способа применялся продукт кричного и пудлингового процессов. С возникновением бессемеровского и мартеновского способов в тиглях начали перерабатывать мартеновскую сталь, тщательно очищенную от вредных примесей. Таким путем получали высококачественные инструментальные стали.
Тигельный способ применяли также для получения стали из чугуна путем сплавления его в тигле с соответствующим количеством руды: кислород руды окисляет примеси чугуна, а освобождающееся из руды железо входит в общую массу металла.
Устройство тигля показано на фиг. 21.
Материалом для тиглей служит смесь огнеупорной глины (шамота) и графита. Так как температура в тигле для расплавления стали должна достигать приблизительно
1600°, то материал тигля должен выдерживать нагрев около 1700°.
Емкость тиглей для плавки стали составляет обычно 80—40 кг. Вследствие высокой температуры нагрева и резких перемен температуры тигли выдерживают обычно лишь от одной до трех плавок. Это обстоятельство сильно удорожает тигельную плавку.
При тигельной плавке стали применяют горны или регенераторные печи, подобные мартеновским; тигли устанавливают на поду такой печи и извлекают их через отверстия в ее своде или специальные садочные окна в передней стенке печи.
Вследствие наличия углерода в стенках тигля в результате тигельного процесса нельзя получить сталь с низким содержанием углерода. Изготовленная в обычных условиях тигельная сталь содержит 0,25—1,2% С.
Положительные стороны тигельного процесса: 1) незначительное из
менение химического состава шихты; 2) почти полное освобождение металла от шлака и газов; 3) небольшой угар металла; 4) хорошее растворение в металле примесей; к недостаткам следует отнести: 1) большой расход топлива; 2) большие расходы по изготовлению тиглей; 3) малую производительность, обусловливаемую небольшой емкостью тиглей; 4) дороговизну шихты, которая должна быть чистой и, в частности, свободной от фосфора и серы; 5) трудность обслуживания.
Таким образом, при тигельной плавке может быть получена сталь высокого качества, но обходящаяся очень дорого.
С 1899 г. начали применять электрические плавильные печи, выпускающие большие количества металла высокого качества; эти печи в настоящее время почти нацело вытеснили тигельные.
Всякая электропечь по физико-химическим условиям процесса является печью того лее тигельного процесса, только осуществляемого на электроэнергии вместо сжигания горючего, и потому дает продукт столь же высокого качества.
С помощью электрических плавильных печей можно получить сталь любого состава. Высокая температура электрических печей, работающих на основном поду, дает возможность почти полностью удалять из стали фосфор и серу. Содержание
фосфора может быть доведено до 0,003%, а серы — до 0,006%.
Электрические печи не требуют особо чистого сырого материала, вследствие чего могут работать на дешевой шихте. Однако при эксплуатации дуговых электропечей требуется особенно тщательная борьба с насыщением стали азотом и водородом.
Сравнительно большая емкость электрических печей, достигающая в настоящее время 70 т, удовлетворяет потребность в высококачественном металле в гораздо большей мере, чем тигельная плавка.
Таким образом, плавка стали в электрических печах имеет ряд преимуществ по сравнению с тигельным процессом.
Если сравнивать плавку в электрических печах с изготовлением стали мартеновским или бессемеровским способом, то к преимуществам электроплавки следует отнести: 1) возможность получения стали более точного анализа; 2) меньшее количество газовых и шлаковых включений; 3) дешевизну сырья, используемого для получения высоких сортов стали; 4) ничтожное выгорание вводимых в шихту специальных примесей; недостатками же являются: 1) меньшая производительность и 2) дороговизна стали вследствие сравнительно высокой стоимости электроэнергии.
Устройство электропечей. Применяемые для металлургических целей электрические печи можно подразделить на две основные группы: дуговые и индукционные.
Дуговые печи в свою очередь разделяют на дуговые отражательные к дуговые, в которых металлическая часть шихты служит промежуточным проводником. Индукционные печи разделяют на печи с кольцевым каналом и высокочастотные.
В настоящее время наибольшее промышленное значение в металлургии стали имеют печи с электрической дугой, в которых металлическая часть шихты служит промежуточным проводником, а также индукционные — высокочастотные.
В зависимости от рода огнеупорных материалов, из которых изготовлена ванна печи, различаются основные и кислые электропечи.
На фиг. 22 представлена схема действия дуговой печи, в которой металлическая часть шихты служит проводником. Эти печи могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.
На фиг. 23 показан внешний вид одной из самых распространенных печей этого типа, а на фиг. 24 даны поперечный и продольный разрезы этой печи.
Кожух печи железный, клепаный; внутри печь имеет огнеупорную футеровку. С помощью особого механизма печь можно устанавливать в наклонное положение.
Свод печи съемный, электроды проходят через свод.
Электроды угольные или графитовые.
Диаметр электродов колеблется в пределах от 200 до 600 мм; длина _
Расход графитовых электродов составляет 5—10 кг на 1 т выплавляемого в печи металла и угольных 15—20 кг.
Емкость электропечей этого типа достигает 70 т, количество плавок в сутки колеблется от 3 до 6.
На фиг. 25 показана схема устройства индукционной печи с кольцевым каналом. Нагрев металла происходит под действием наведенного в нем тока. Таким образом, индукционная печь с кольцевым каналом представляет собой как бы трансформатор, в котором роль вторичной обмотки играет перерабатываемый металл.
Такие индукционные печи имеют малое применение в металлургии стали; более широкое применение имеют индукционные бессердечниковые печи, которые носят название высокочастотных.
Нагреваемый в таких печах металл помещают в поле индуктора, через который пропускают переменный ток. Индуктор делают из медной трубки, через которую пропускают охлаждающую воду. На фиг. 26 показана схема устройства и действия такой печи; через обмотку 1 пропускают переменный ток, возбуждающий в окружающем пространстве переменное магнитное поле: последнее возбуждает индукционные токи в металле 2, находящемся в сфере действия токов; под влиянием наведенных токов металл нагревается.
Особым преимуществом этих печей является хорошее перемешивание металла вследствие перемещения его частиц электродинамическим действием наведенных в металле токов. Бессердечниковые печи в отношении качества выплавляемого металла являются в настоящее время наиболее совершенными плавильными устройствами.
Агрегатами питания бессердечниковых индукционных металлургических печей служат генераторы машинные, ламповые и искровые.
Работа электропечей. Электропечи могут работать как на жидкой, так и на твердой шихте. При работе на жидкой шихте металл поступает в электропечь из конвертеров или мартеновских печей. При работе на твердой шихте (лом, стружка, отходы проката и пр.) перед завалкой поднимают электроды, а самую загрузку вследствие того, что твердая шихта занимает большое пространство, производят по частям, с постепенным расплавлением загруженных порций. После загрузки в электроды пускают ток, причем их опускают и подкладывают под них куски кокса для более спокойного горения дуг.
При работе на жидкой шихте в разогретую предварительно печь загружают металл и известь в количестве от 1 до 4,5% от веса металлической части шихты, а также небольшое количество руды или окалины.
Известь предназначается для образования основного шлака, а руда или окалина дается для окисления примесей.
В первый период плавки происходит окисление Mn, Si, С и Р за счет кислорода окалины или руды по уравнениям
Кроме того, происходит взаимодействие между P2O5 и СаО по уравнениям
Так как фосфор может перейти обратно в металл по реакции
то железистый шлак скачивают и повышают основность шлака за счет извести. Для этого после удаления первого шлака в печь загружают известь в количестве около 2% от веса металла и железную руду от 1 до 2% от веса металла. «Росфорный ангидрид связывается с известью в прочное соединение (СаО)4P2O5,
Когда образуется второй шлак, снова берут пробу; если окажется, что содержание в
Когда металл окажется сравнительно чистым в отношении фосфора, окислительный период плавки считается законченным; после этого начинается восстановительный период, во время которого, кроме раскисления металла, производят удаление серы.
На шлак забрасывают кокс или обломки электродов; углерод, введенный в печь при высокой температуре, вступает в соединение с окисью кальция и образует карбид кальция, являющийся очень интенсивным раскислителем. Содержание карбида кальция в шлаке способствует раскислению металла шлаком по следующим реакциям:
Одновременно с процессами раскисления будут протекать реакции, в результате которых удаляется из металла сера,
Образовавшаяся в результате этих реакций СО выделяется из ванны; Fe и Мn растворяются в ванне металла, а сернистый кальций CaS как не растворяющийся в металле уходит в шлак.
Во время восстановительного периода пробы берут через каждые 15— 20 мин.
После удаления серы приступают к раскислению ванны и вводят, если это требуется, специальные примеси. Род и количество специальных примесей должны соответствовать заданному составу металла.
Угар металла при работе на жидкой шихте составляет 1—3%.
При работе на твердой шихте описанным выше периодам процесса предшествует период расплавления шихты. Так как в этих случаях обычно металл содержит больше примесей, окислительный период плавки более продолжителен, чем при работе на жидкой шихте. Очевидно, что продолжительность процесса на твердой шихте должна быть больше продолжительности процесса на жидкой шихте: в первом случае процесс длится 5—8 час., во втором —1 1 /2—4 час. Угар металла также выше, чем при работе на жидкой шихте: он достигает 8%. В остальном процесс протекает подобно процессу работы на жидкой шихте.
Расход электроэнергии на 1 т металла в печах разной емкости и при различных условиях работы приведен в табл. 6.
Из данных таблицы видно, что работа на жидкой шихте производительнее и дешевле, чем на твердой. Кроме того, надо иметь в виду, что работа на твердой шихте требует большего расхода материала на футеровку печей.
В заключение нужно отметить, что работа электропечей выгодно отличается от других металлургических печей общей чистотой и удобством обслуживания.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Производство стали в электропечах
Наиболее совершенные плавильные агрегаты — это электропечи, в которых электрическая энергия превращается в тепло для нагрева и расплавления металла.
Производство стали в электропечах имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами выплавки стали. Так, в электропечах можно получать температуру до 2000°С и расплавлять металл с высокой концентрацией тугоплавких компонентов (хрома, вольфрама, молибдена и др.); иметь высокоосновной шлак (до 55—60% СаО); создавать восстановительную атмосферу или вакуум (индукционные печи) и добиваться хорошего раскисления и дегазации металла.
Для выплавки стали применяют электропечи двух типов — дуговые и индукционные. Дуговые печи особенно широко применяют в металлургической промышленности.
Устройство электропечи
В этой печи (рис. 1) нагревание и расплавление шихты осуществляется за счет тепла, излучаемого тремя электрическими дугами. Электрические дуги образуются в плавильном пространстве печи между вертикально подвешенными электродами и металлической шихтой.
Печь состоит из цилиндрического сварного или клепаного кожуха 9 со сфероидальным днищем; подины с огнеупорной футеровкой и стенок 8; съемного арочного свода 6 с отверстиями для электродов 5 ; механизма 4 для закрепления и вертикального перемещения электродов; двух опорных сегментов 10 для поддержки и перемещения печи по направляющим фундамента 11; механизма 8 для наклона печи при выпуске стали по желобу 7 . Электрический ток поступает от понижающего трансформатора 1 , находящегося в отдельном помещении. Для подвода тока к электродам использованы медные шины и гибкий кабель 2 .
Свод печи обычно выполняют из динасовых кирпичей, иногда из хромомагнезитовых блоков. Подина печи может быть кислой или основной.
В печах применяют угольные и графитированные электроды. Последние оказывают меньшее сопротивление току и более устойчивы при высоких температурах, но дороже угольных.
Во время плавки электроды сгорают, поэтому их приходится постепенно опускать в печь и в случае надобности наращивать (свинчивать с новыми электродами). Каждый из электродов зажат в контактных щеках металлического электрододержателя, к которому подводится электрический ток от вторичной обмотки печного трансформатора. Первичная обмотка трансформатора питается током высокого напряжения (6000—30000В), который преобразуется в ток низкого напряжения (90—280В) в зависимости от выбранной ступени напряжения. Мощность печного трансформатора зависит от емкости печи и способа плавки. Дуговые электропечи имеют емкость от 3 до 270т и более.
Технология выплавки стали в дуговых печах
В электрических дуговых печах выплавляют высококачественную углеродистую или легированную сталь. Обычно для выплавки стали применяют шихту в твердом состоянии. Твердую шихту в дуговых печах с основной футеровкой используют при плавке стали с окислением шихты и при переплавке металла без окисления шихты.
Технология плавки с окислением шихты в основной дуговой печи подобна технологии плавки стали в основных мартеновских печах (скрап-процессам). После заправки падины в печь загружают шихту. Среднее содержание углерода в шихте на 0,5 -0,6% выше, чем в готовой стали. Углерод выгорает и обеспечивает хорошее кипение ванны. На подину печи загружают мелкий стальной лом, затем более крупный. Укладывать шихту в печи надо плотно. Особенно важно хорошо уложить куски шихты в месте нахождения электродов. Шихту в дуговые печи малой и средней емкости загружают мульдами или лотками через завалочное окно, а в печи большой емкости через свод, который отводят в сторону вместе с электродами. После загрузки шихты электроды опускают до легкого соприкосновения с шихтой. Подложив под нижние концы электродов кусочки кокса, включают ток и начинают плавку стали.
Рис. 1 - Схема устройства дуговой электропечи емкостью 80 т:
1 – электроприбор, 2 – провода, 3 – подъемник, 4 – подъемник электродов 5Ю, 6 – свод, 7 – летка, 8 – подпод, 9,10, 11 – устройства поворота печи
При плавки стали в дуговых печах различают окислительный и восстановительный периоды.
Во время окислительного периода расплавляется шихта, окисляется кремний, марганец, фосфор, избыточный углерод, частично железо и другие элементы, например хром, титан и образуется первичный шлак. Реакция окисления такие же, как и при основном мартеновском процессе. Фосфор из металла удаляется в течение первой половины окислительного периода, пока металл в ванне сильно не разогрелся. Образовавшийся при этом первичный фосфористый шлак в количестве 60 - 70% удаляют из печи.
Для получения нового шлака в основную дуговую печь подают обожженную известь и другие необходимые материалы. После удаления фосфора и скачивания первичного шлака металл хорошо прогревается и начинается горение углерода. Для интенсивного кипения ванны в печь забрасывают необходимое количество железной руды или окалины и шлакообразующих веществ.
Во время кипения ванны в течение 45-60 мин. избыточный углерод сгорает, растворенные газы и неметаллические включения удаляются. При этом отбирают пробы металла для быстрого определения в нем содержания углерода и марганца и пробы шлака для определения его состава. Основность шлака поддерживается равной 2-2,5, что необходимо для задержания в нем фосфора.
После удаления углерода скачивают весь шлак. Если в металле в период окисления углерода содержится меньше, чем требуется по химическому анализу, то в печь вводят куски графитовых электродов или кокс.
В восстановительный период плавки раскисляют металл, переводят максимально возможное количество серы в шлак, доводят химический состав металла до заданного и подготовляют его к выпуску из печи.
Восстановительный период плавки в основных дуговых печах при выплавке сталей с низким содержанием углерода проводится под белым (известковым) слоем шлака, а при выплавке высокоуглеродистых сталей - под карбидным шлаком.
Для получения белого шлака в печь загружают шлаковую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата. Через некоторое время на поверхности образуется слой шлака с достаточно высокой концентрацией FeO и МnО. Пробы шлака имеют темный цвет.
Перед раскислением металла в печь двумя-тремя порциями забрасывают второю шлаковую смесь, состоящей из кусковой извести, плавикового шпата, молотого древесного угля и кокса. Через некоторое время содержание FeO и МnО понижается. Пробы шлака становятся светлее, закись железа из металла начинает переходить в шлак. Для усиления раскисляющего действия к концу восстановительного периода в печь забрасывают порошок ферросилиция, под влиянием которого содержание FeO в шлаке понижается. В белом шлаке содержится до 50 - 60% СаО, а на поверхности его плавает древесный уголь, что позволяет эффективно удалять серу из металла.
Во время восстановительного периода плавки в металл вводят необходимые добавки, в том числе и легирующие. Окончательно металл раскисляют в печи алюминием.
Выплавка стали под карбидным шлаком на первой стадии восстановительного процесса происходит так же, как и под белым шлаком. Затем на поверхность шлака загружают карбидообразующую смесь, состоящую из кокса, извести плавикого шпата. При высоких температурах образующийся карбид кальция увеличивает раскислительную и обессеривающую способность карбидного шлака. Для ускорения образования карбидного шлака печь хорошо герметизируют. Карбидный шлак содержит 55 -65% СаО и 0,3 - 0,5% FeO; он обладает науглероживающей способностью.
При выплавке стали 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. Для понижения содержания углерода в шихту добавляют 10-15% мягкого железа. Образующийся при расплавлении шихты первичный шлак из печи не удаляют. Это сохраняет легирующие элементы (Сг, Ті, V), которые переходят из шлака в металл.
Устройство и работа индукционных печей
Индукционные печи отличаются от дуговых способом подвода энергии к расплавленному металлу. Индукционная печь примерно работает так же, как обычный трансформатор: имеется первичная катушка, вокруг которой при пропускании переменного тока создается переменное магнитное поле. Магнитный поток наводит во вторичной печи переменный ток, под влиянием которого нагревается и расплавляется металл. Индукционные печи имеют емкость от 50 кг до 100 т и более.
В немагнитном каркасе имеются индуктор и огнеупорный плавильный двигатель. Индуктор печи выполнен в виде катушки с определенным числом витков медной трубки, внутри которой циркулирует охлаждающая вода. Металл загружают в тигель, который является вторичной обмоткой. Переменный ток вырабатывается в машинных или ламповых генераторах. Подвод тока от генератора к индуктору осуществляется посредством гибкого кабеля или медных шин. Мощность и частота тока определяются емкостью плавильного тигля и состава шихты. Обычно в индукционных печах используется ток частотой 500 -2500 гц. Крупные печи работают на меньших частотах. Мощность генератора выбирают из расчета 1,0-1,4 квт/кг шихты. Плавильные тигли печей изготавливают из кислых или основных огнеупорных материалов.
Печь (рис. 2) состоит из огнеупорного плавильного тигля и индуктора 8 . Индуктор выполнен в виде катушки из медной трубки, по которой циркулирует охлаждающая вода. Ток подается по гибким шинам 7 через печные конденсаторы 6 от рубильника 4, находящегося на щите управления 5 . К щиту ток подается от пускателя 1 через преобразователь 2 и конденсатор 3 .
Необходимый для питания индукционной печи переменный ток повышенной частоты вырабатывают в специальных машинных или ламповых генераторах. Ток от генераторов к индуктору подводится по гибкому кабелю или медным шинам. Обычно в индукционных печах используют ток частотой 500—2500 Гц.
В индукционных печах сталь выплавляют методов переплава шихты. Угар легирующих элементов при этом получается очень небольшим. Шлак образуется при загрузке шлакообразующих компонентов на поверхность расплавленного металла. Температура шлака во всех случаях меньше температуры металла, так как шлак не обладает магнитной проницаемости и в нем не индуцируется ток. Для выпуска стали из печи, тигель наклоняют в сторону сливного носка.
В индукционных печах нет углерода, поэтому металл не науглероживается. Под действием электромагнитных сил металл 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.
.
Сырые материалы.
Основным материалом для электроплавки является стальной лом. Лом не должен быть сильно окисленным, так как наличие большого количества ржавчины вносит в сталь значительное количество водорода. В зависимости от химического состава лом необходимо рассортировать на соответствующие группы. Основное количество лома, предназначенное для плавки в электропечах, должно быть компактным и тяжеловесным. При малой насыпной массе лома вся порция для плавки не помещается в печь. Приходится прерывать процесс плавки и подгружать шихту. Это увеличивает продолжительность плавки, приводит к повышенному расходу электроэнергии, снижает производительность электропечей. В последнее время в электропечах используют металлизованные окатыши, полученные методом прямого восстановления. Достоинством этого вида сырья, содержащего 85— 93 % железа, является то, что оно не загрязнено медью и другими примесями. Окатыши целесообразно применять для выплавки высо-копрочных конструкционных легированных сталей, электротехнических, шарикоподшипниковых сталей.
Легированные отходы образуются в электросталеплавильном цехе в виде недолитых слитков, литников; в обдирочном отделении в виде стружки, в прокатных цехах в виде обрези и брака и т, д.; кроме того много легированного лома поступает от машиностроительных заводов. Использование легированных металлоотходов позволяет экономить ценные легирующие, повышает экономическую эффективность электроплавок.
Мягкое железо специально выплавляют в мартеновских печах и конвертерах и применяют для регулирования содержания углерода в процессе электроплавки. В железе содержится 0,01—0,15 % С и MgO в виде магнезита.
Подготовка материалов к плавке..
Технология плавки.
Плавка в дуговой печи начинается с заправки печи. Жидкоподвижные нагретые шлаки сильно разъедают футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи во время не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, то она может быть повреждена дугами. Поэтому перед началом плавки производят ремонт – заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла. На поврежденные места подины и откосов – места перехода подины в стены печи – забрасывают сухой магнезитовый порошок, а в случае больших повреждений – порошок с добавкой пека или смолы.
Заправку производят заправочной машиной, выбрасывающей через. насадку при помощи сжатого воздуха заправочные материалы, или, разбрасывающей материалы по окружности с быстро вращающегося диска, который опускается в открытую печь сверху.
Для наиболее полного использования рабочего пространства печи в центральную ее часть ближе к электродам загружают крупные куски (40 %), ближе к откосам средний лом (45%), на подину и на верх загрузки мелкий лом (15%). Мелкие куски должны заполнять промежутки между крупными кусками.
Период плавления.
Плавка с окислением.
Рассмотрим ход плавки с окислением. После окончания периода расплавления начинается окислительный период, задачи которого заключаются в следующем: окисление избыточного углерода, окисление и удаление фосфора; дегазация металла; удаление неметаллических включений, нагрев стали.FeO и окисление металла по реакции: (FeO)=Fe+[O]. Растворенный Кислород взаимодействует с растворенным в ванне углеродом по реакции [C] +[O]=CO. Происходит бурное выделение пузырей CO, которые вспенивают поверхность ванны, покрытой шлаком. Поскольку в окислительный период на металле наводят известковый шлак с хорошей жидкоподвижностью, то шлак вспенивается выделяющимися пузырями газа. Уровень шлака становится выше порога рабочего окна и шлак вытекает из печи. Выход шлака усиливают, наклоняя печь в сторону рабочего окна на небольшой угол. шлак стекает в шлаковик), стоящую под рабочей площадкой цеха. За время окислительного периода окисляют 0,3—0,6 % C со средней скоростью 0,3—0,5 % С/ч. Для обновления состава шлака одновременно с рудой в печь добавляют известь и небольшие количества плавикового шпата для обеспечения жидкоподвижности шлака.P]+5[O]=(P2O5); (Р2O5)+4(СаО)==(СаО)4*P2O5 необходимы высокое содержание кислорода в металле и шлаке, повышенное содержание CaO в шлаке и пониженная температура.P2O5 скачивается из печи. По ходу окислительного периода происходит дегазация стали—удаление из нее водорода и азота, которые выделяются в пузыри СО, проходящие через металл.
Восстановительный период плавки.
После скачивания окислительного шлака начинается восстановительный период плавки. Задачами восстановительного периода плавки являются: раскисление металла, удаление серы.коррек-тирование химического состава стали, регулирование температуры ванны, подготовка жидкоподвижного хорошо раскисленного шлака для обработки металла во время выпуска из печи в ковш. Раскисление ванны, т. е. удаление растворенного в ней кислорода, осуществляют присадкой раскислителей в металл и на шлак. В начале восстановительного периода металл покрывается слоем шлака. Для этого в печь присаживают шлакообразующие смеси на основе извести с добавками плавикового шпата, шамотного боя, кварцита. В качестве раскислителей обычно используют ферромарганец, ферросилиций, алюминий. При введении раскислителей происходят следующие реакции:
[Mn]+[O]=(MnO);
[Si]+2 [О] = (SiO2); 2[Al]+ 3[O]-(Al2O3).
В результате процессов раскисления большая часть растворенного кислорода связывается в оксиды и удаляется из ванны в виде нерастворимых в металле неметаллических включений. процесс этот протекает достаточно быстро и продолжительность восстановительного периода в основном определяется временем, необходимым для образования подвижного шлака. В малых и средних печах при выплавке ответственных марок сталей продолжают применять метод диффузионного раскисления стали через шлак, когда раскислители в виде молотого электродного боя, порошка ферросилиция присаживают на шлак. Содержание кислорода в шлаке понижается и в соответствии с законом распределения Кислород из металла переходит в шлак. метод этот, хотя и не оставляет в металле оксидных неметаллических включений, требует значительно большей затраты времени. В восстановительный период плавки, а также при выпуске стали под слоем шлака, когда происходит хорошее перемешивание металла со шлаком, активно происходит десульфурация металла. Этому способствует хорошее раскисление стали и шлака, высокое содержание извести в шлаке и высокая температура. В ходе восстановительного периода вводят легирующие – ферротитан, феррохром и др., а некоторые, например никель, присаживают вместе с шихтой. никель не окисляется и не теряется при плавке. Добавки тугоплавких ферровольфрама, феррониобия производят в начале рафинирования, так как нужно значительное время для их расплавления. В настоящее время большинство операций восстановительного периода переносят из печи в ковш. Например, в кош вводят порции легирующих или дают их на струю стали, вытекающей из печи при ее наклоне. Присаживают по ходу выпуска раскислители. Целью восстановительного периода является обеспечение нагрева стали до заданной температуры и создание шлака, десульфурирующая способность которого используется при совместном выпуске из печи вместе со сталью.
Одношлаковый процесс.
В связи с интенсификацией процесса электроплавки в последние годы получил большое распространение метод плавки в дуговой печи под одним шлаком. Сущность этого метода заключается в следующем: дефосфорация металла совмещается с периодом расплавления. Во время расплавления из печи скачивают шлак и производят Добавки извести. В окислительный период выжигают углерод. По достижении в металле .
Переплав отходов.
На заводах специальных сталей количество образующихся отходов достигает 25—40 % от выплавляемой стали. Часть отходов поступает с машиностроительных заводов, поэтому в электросталеплавильных цехах 50 % легированных сталей выплавляют из шихты, состоящей только из них. Рациональное использование отходов дает большую экономию легирующих, электроэнергии, повышает производительность электропечей. В СССР легированные отходы разделяют на 82 группы. При расчете шихты стремятся использовать максимальное количество отходов данной марки стали или наиболее близких марок
Шихту составляют с таким расчетом, чтобы содержание углерода в ванне по расплавлении было на 0,05— 0,10 % ниже заданного маркой стали. Необходимые легирующие, неокисляющиеся добавки
Ni Cu, Mo, W загружают вместе с шихтой, а прочие – V, Тi, Cr, Mn, Al, Si, Nb – стремятся вводить как можно позднее на разных стадиях плавки, в том числе и во время выпуска в ковш. Металл заданного состава получают в процессе рафинировки или в ковше. Во время плавки наводят вы-сокоосновной, жидкоподвижный шлак, который частично скачивают из печи. Это позволяет удалить до 30 % фосфора. Если состав металла близок к расчетному, то, не скачивая шлака, приступают к раскислению шлака молотым коксом, ферросилицием и алюминием. При этом легирующие элементы восстанавливаются из шлака и переходят в металл, например так восстанавливается оксид хрома: 2(Cr2O3)+3 (Si)=3(SiO2)+4 [Cr]. Продолжительность восстановительного периода в этом варианте технологии такая же, как и в плавках с окислением.
Окислительный период плавки начинают присадкой железной руды, которую дают в печь порциями. В результате присадки руды происходит насыщение шлака
Непрерывное окисление ванны и скачивание окислительного известкового шлака являются непременными условиями удаления из стали фосфора. Для протекания реакции окисления фосфора 2[
В электропечи первые два условия полностью выполняются. Выполнение последнего условия обеспечивают наводкой свежего шлака и постоянным обновлением шлака, так как шлак, насыщенный (СаО)4*
Выделение пузырьков СО сопровождается также и удалением из металла неметаллических включений, которые выносятся на поверхность потоками металла или поднимаются наверх вместе с пузырьками газа. Хорошее кипение ванны обеспечивает перемешивание металла, выравнивание температуры и состава.
Общая продолжительность окислительного периода составляет от 1 до 1,5 ч. Для интенсификации окислительного периода плавки, а также для получения стали с низким содержанием углерода, например хромоникелевой нержавеющей с содержанием углерода Окислительный период заканчивается, когда содержание углерода становится ниже заданного предела, содержание фосфора 0,010%, температура металла несколько выше температуры выпуска стали из печи. В конце окислительного периода шлак стараются полностью убирать из печи, скачивая его с поверхности металла.
Все присадки в дуговые печи необходимо прокаливать для удаления следов масла и влаги. Это предотвращает насыщение стали водородом. Ферросплавы подогревают для ускорения их проплавле-ния. Присадка легирующих, раскислителей и шлакообразующих в современной печи во многом механизирована. На бункерной эстакаде при помощи конвейеров происходит взвешивание и раздача материалов по мульдам, которые загружаются в печь мульдовыми машинами. Сыпучие для наводки шлака вводят в электропечи бросательными машинами
Читайте также: