Производство стали в электрических печах

 

 

Плавильные электропечи бывают дуговыми и индукционными. Дуговая электрическая печь (рис.3) питается трехфазным током и имеет три цилиндрических электрода 9 изграфитизированной массы. Между электродами и шихтой 3 возникают электрические дугис температурой до 6000 °С.

Рис.3. Схема дуговой электрической плавильной печи:

1-футеровка; 2-летка; 3-металлическая шихта; 4-кожух; 5-стенка;

6-свод; 7-кабель; 8-электрододержатель; 9-электрод; 10-рабочее окно; 11-механизм наклона; 12-набивная подина

 

Стальной кожух 4 печи футеруется огнеупорным кирпичом 1, основным (магнезитовым, магнезитохромитовым) или кислым (динасовым). Печь загружают при снятом своде 6. После загрузки шихты электроды через отверстия в своде опускаются и включается ток. Выпуск готового металла происходит через летку 2.При выпуске металла печь наклоняется на 45° в сторону выпускного отверстия.Если надовыпустить шлак, печь наклоняется на 10…15° в сторону рабочего окна 10.

Шихта для плавкив дуговых печах содержит 90...100 %стального скрапа и до 10 %передельного чугуна. Емкость современных дуговых печей доходит до 200…400 т.

В дуговых печах выплавляют высококачественные углеродистые и легированные стали ‑ конструкционные, инструментальные, жаропрочные, жаростойкие и др.

Преимущества дуговых электропечей:

1) возможность получения самых высококачественных сталей и тугоплавких сплавов с минимальным количеством газов, вредных примесей и неметаллических включений;

2) гибкость работы при всех режимах и характерах производства, с использованием твёрдой и жидкой завалки с любым количеством дешевого стального лома;

3) самый маленький угар металла и особенно легирующих примесей по сравнению со всеми плавильными агрегатами;

4) простота устройства, компактность, лёгкость обслуживания и относительная дешевизна печей.

Основными недостатками дуговых печей являются местный перегрев расплава под электродами и науглероживание стали углеродом электродов, поэтому выплавлять стали с очень низким содержанием углерода в них нельзя.

Индукционные плавильные печи (рис.4) представляют собой тигель 4, вокруг которого располагается спиральный многовитковый индуктор 3, выполненный из медной трубки, в которой циркулирует вода для охлаждения. Через индуктор проходит переменный ток повышенной частоты 500...2000 Гц. Загруженный в тигель металл находится в переменном электромагнитном поле и разогревается мощными вихревымитоками(токи Фуко). Тигель изготавливают из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Вместимость тигля 60 кг...25 т.

Рис. 4. Схема индукционной тигельной плавильной печи:

1-металл; 2-съёмный свод; 3-водоохлаждаемый индуктор; 4-тигель

 

Индукционные печи имеют преимущества перед дуговыми:в них отсутствует электрическая дуга, что позволяет выплавлять сталь с низким содержанием углерода, газов и малым угаром элементов.При плавке в металле возникают электродинамические силы, которые перемешивают металл в печи и способствуют выравниванию химического состава, всплыванию неметаллических включений; небольшие размеры печей позволяют помещать их в камеры, где можно создавать любую атмосферу или вакуум.

Однако эти печи имеют малую стойкость футеровки, и температура шлака в них недостаточна для протекания металлургических процессов между металлом и шлаком.

Используя чистую от вредных примесей шихту, в индукционных печах выплавляют высококачественные стали и сплавы, чугун различных марок, выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом переплава или из чистого железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления.

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). Емкость изложниц от нескольких килограмм до 300 т и более.

Существуют два способа разливки стали в изложницы: разливка сверху (рис.5,а) и разливка сифоном (рис. 5,б). При разливке сверху каждая изложница заполняется металлом отдельно.Преимущество – простота конструкции. Недостатки: разбрызгивание металла с образованием неровностей на поверхности слитка, обязательна обработка поверхности слитка; трудно регулировать скорость подачи металла.

При разливке сифоном металл заливается в центровой литник, от которого металл по каналам плавно без разбрызгивания подводится к изложницам снизу. Поверхность слитка получается чистой, ровной и гладкой, не требующей обработки; можно разливать большую массу металла одновременно в несколько изложниц (до 60).Недостатки – около 20 % металла теряется в литниковой системе; дороговизна и трудоемкость процесса.

Для обычных углеродистых сталей используют разливку сверху, а для легированных и высококачественных ‑ разливку сифоном.

 

Рис. 5. Разливка стали в изложницы:

а-сверху; б-сифоном; 1-сталеразливочный ковш; 2-изложница;

3-центровой литник; 4-поддон; 5-соединительный канал

 

Наиболее прогрессивным способом разливки стали является непрерывная разливка (рис.6),при которой металл из ковша 1 через промежуточный ковш 2 непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна ‑ кристаллизатор 3,из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток 4. Окончательное затвердевание слитка происходит в зоне вторичного охлаждения 6. Затем затвердевший слиток попадает в зону резки 7, где разрезается газовым резаком 8 на куски заданной длины. На МНЛЗ отливают слитки с прямоугольным, квадратным и круглым поперечным сечением.

Рис.6. Схема машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ):

 1- ковш; 2-промежуточный ковш; 3 - кристаллизатор;

4-затвердевающий слиток; 5-тянущие валки;

6 - зона вторичного охлаждения; 7 - зона резки; 8 - газовый резак

 

Преимущества непрерывной разливки перед разливкой в изложницы:

1)процесс непрерывный, исключается необходимость подготовки составов с изложницами,прокатки слитков на обжимных станах, блюмингах и слябингах;

2) слитки, полученные на МНЛЗ, имеют плотную, мелкозернистую структуру,отсутствуют усадочные раковины,характеризуются высокой однородностью механических свойств в продольном и поперечном направлениях;

3) слитки имеют гладкую, ровную поверхность, не требующую дополнительной обработки;

4) выход годных заготовокможет достичь 96 … 98% массы разливаемой стали вместо 75 … 80 % при разливке в изложницы.

Недостатки – дорогостоящие установки, большие габариты.