ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ

В индукционной бессердечниковой печи металл расплавляют в тигле, расположенном внутри индуктора, который пред­ставляет собой спираль с несколькими витками из токопро-водяшего материала. Через индуктор пропускают переменный ток; создаваемый при этом внутри индуктора переменный магнитный поток (рис. 141) наводит в металле вихревые токи, которые обеспечивают его нагрев и плавление.

Чтобы чрезмерно не увеличивать мощность питающего печь генератора, в схему печи включают конденсаторы, компенси­рующие индуктивное сопротивление индуктора. Как известно, наличие индуктивного сопротивления в цепи переменного то­ка вызывает сдвиг фаз (величина силы тока отстает от ве­личины напряжения), в результате чего снижается коэффи­циент мощности установки cos^p. Емкость вызывает обратный сдвиг фаз; подбирая емкость конденсаторов, добиваются настройки установки в резонанс, когда угол сдвига фаз <р приближается к нулю, a cos<p к единице. Чем выше частота, тем меньше требуется емкость конденсаторной батареи.

Существуют также печи с железным сердечником, применяемые в цветной ме­таллургии.

Важная особенность индукционных печей — интенсивная циркуляция жидкого металла, вызываемая взаимодействием электромагнитных полей, возбуждаемых, с одной стороны, токами, проходящими по индуктору и, с другой, вихревыми токами в металле. Характер циркуляционных потоков показан на рис.142. Положительная сторона этого явления в том, что благодаря перемешиванию ускоряются плавление и вырав­нивание состава и температуры металла, отрицательная — в том, что поверхность металла получается выпуклой и может оголяться, так как шлак стекает к стенкам тигля. Интен­сивность перемешивания « пропорциональна квадрату ампер-питков (In)² и обратно пропорциональна частоте питающего тока. Еще одной особенностью индукционных печей является то, что плотность индуктируемых токов достигает максимума на поверхности металла у стенок тигля и снижается по на­правлению к оси тигля ("поверхностный эффект"). В этом поверхностном слое выделяется наибольшее количество теп­ла, за счет которого плавится шихта. Толщина слоя металла с большой плотностью индуктируемых токов обратно пропор­циональна корню квадратному из частоты. Индукционные печи имеют следующие преимущества по сравнению с дуговыми:

1) отсутствуют высокотемпературные дуги, что уменьшает поглощение водорода и азота и угар металла при плавлении;

2) незначительный угар легирующих элементов при пере­плаве легированных отходов;

3) малые габариты печей, позволяющие поместить их в закрытые камеры и вести плавку и разливку в вакууме или в атмосфере инертного газа;

4) электродинамическое перемешивание, способствующее получению однородного по составу и температуре металла.

Основными недостатками индукционных печей являются ма­лая стойкость основной футеровки и низкая температура шлаков, которые нагреваются от металла; из-за холодных шлаков затруднено удаление фосфора и серы при плавке.

Индукционные печи делят на два типа: 1) питаемые током повышенной частоты; 2) питаемые током промышленной часто­ты (50 Гц). В печах первого типа частота питающего тока обычно снижается по мере роста емкости и диаметра тигля; малые (несколько килограмм и менее) печи питаются током с частотой от 50 до 1000 кГц, средние и крупные (емкостью до десятков тонн) токами с частотой 0,5—10 кГц.

1. Устройство индукционной печи повышенной частоты

Индукционная плавильная установка состоит из печи с ме­ханизмом наклона и питающего электрооборудования (генера­тора повышенной частоты, батареи конденсаторов, щита управления и на крупных печах— автоматического регулято­ра электрического режима). Вместимость индукционных печей достигает 60 т. Основные элементы печи — каркас, индуктор и огнеупорный тигель, который иногда закрывают крышкой.

Каркас (кожух) печей небольшой емкости (< 0,5 т) де­лают в форме прямоугольного параллелепипеда, используя асбоцемент, дерево, выполняя несущие ребра из уголков и полос немагнитной стали, дюралюминия. В местах соединения металлических элементов укладывают изоляционные прокладки для исключения возникновения кольцевых токов. Индуктор в таком каркасе крепят к верхней и нижней опорным асбо­цементным плитам (рис. 143).

В печах средней и большой емкости каркас выполняют из стали в виде сплошного кожуха цилиндрической формы (рис. 144) и иногда в виде "беличьей клетки", представ­ляющей собой группу вертикальных стоек, приваренных к верхнему и нижнему опорным кольцам. Для уменьшения нагре­ва таких каркасов индуктируемыми токами и потерь с пото­ками рассеивания используют следующие конструктивные ре­шения: а) каркас выполняют из немагнитной стали; б) между

Рис. 143. Индукционная печь вместимостью 60 кг: 1 — каркас; 2 — подовая плита (асбоцементные пли­ты); 3 — индуктор; 4 — изо­ляционный слой; 5 — тигель; 6 — абоцементная плита; 7 — сливной носок; 8 — ворот­ник; 9 — гибкий токопровод; 10 — деревянные брусья

1'ис. 144. Индукционная печь вместимостью 8 т:

/ — индуктор; 2 — тигель; 3 — подовая плита; 4 — съемный свод; 5 — сливной ihkok; 6 — стальной кожух; 7 — ось поворота; 8 — магнитопровод из трансфор­маторной стали

каркасом из обычной стали и индуктором размещают магнито­провод из нескольких пакетов трансформаторной стали, рас­полагаемых вдоль индуктора (рис. 144, 8); в) между индук­тором и каркасом размешают замкнутый электромагнитный эк­ран из металла с низким удельным сопротивлением (меди,

алюминия).

В каркасе жестко крепят индуктор, подовую плиту, верх­нюю керамику, пакеты магнитопровода. К передней части каркаса на уровне сливного носка прикрепляют две цапфы, что необходимо для поворота печи при сливе металла.

Индуктор имеет форму полого цилиндра и образован уло­женными в виде спирали витками из медной трубки. Профили применяемых медных трубок показаны на рис. 145, а; равно-стенные трубки используют обычно для печей повышенной частоты, а разностенные — для печей промышленной частоты. Для исключения электрического пробоя витки, как правило, изолируют (на малых печах с небольшим напряжением доста-

Рис. 145. Профили трубок для изготовления индуктора (я) и способы крепления витков индук­тора (б, в):

1 — латунная шпилька; 2 — гай­ка; 3 — витки индуктора; 4 — стойка из изоляционного матери­ала; 5 — стяжной болт; б — вер­тикальная рейка; 7 — нажимной фланец

точна воздушная изоляция, достигаемая зазором между вит­ками в 10—20 мм). Широко применяют следующие виды изоля­ции:

обмоточную, когда витки покрывают изоляционным лаком и затем обматывают лентой из диэлектрического материала (стеклоленты, микаленты);

прокладочную, когда между покрытыми лаком витками за­крепляют диэлектрические прокладки (например, из стекло­текстолита);

напыленную, когда на поверхность трубки газопламенным или плазменным способом наносят слой оксида алюминия или двуоксида циркония с последующим покрытием лаком.

Иногда применяют монолитную изоляцию — покрытые лаком витки заливают полимерным материалом (полиэфирным ком­паундом), после застывания которого образуется монолитная конструкция.

Прочность и жесткость индуктора, являющегося опорой футеровки тигля, обеспечивают применяя индукторы двух следующих разновидностей: с креплением витков шпильками и стяжные индукторы. В первых к виткам индуктора привари­вают латунные шпильки; с помощью шпилек и латунных гаек витки крепят к нескольким вертикальным стойкам (см. рис. 145, б) из изоляционного материала — текстолита, асбоцемента, дерева; стойки в свою очередь крепят к опор-

ным плитам каркаса, расположенным над индуктором и под ним. В стяжных индукторах над верхним и под нижним витка­ми размещают нажимные фланцы, которые стягивают в осевом направлении с помощью специальных болтов и вертикальных реек из изоляционного материала (см. рис. 145, в); верти­кальные рейки препятствуют смешению витков в поперечном направлении. Для придания жесткости индуктору и его креп­ления в каркасе дополнительно используют пакеты магнито-провода, которые прижимают к индуктору через изолирующие прокладки с помощью специальных нажимных болтов.

Если индуктор выполнен монолитным, то в нем не тре­буется дополнительного крепления витков, однако такие индукторы применяют редко из-за сложности ремонта трубки в случае ее повреждения.

Высоту индуктора выбирают в пределах 1,1—1,2 высоты расплава в тигле, внутренний диаметр определяют из соот­ношения: D = D_T + 2Ь_Ф + 2Ь_п, где D_r и Ь_ф - соответственно внутренний диаметр и толщина футеровки в середине тигля; Ь_и — толщина изоляционного слоя («5—6 мм). Число витков индуктора определяют расчетом; плотность токов в индукто­ре достигает 20-40 А/мм². Подвод тока к индуктору чаще всего осуществляют с помощью гибких кабелей.

По внутренней полости медной трубки пропускают охлаж­дающую воду. Для обеспечения равномерного охлаждения на средних и больших печах индуктор делят на 2—4 секции с самостоятельным подводом воды. Поступление воды контроли­руется реле, отключающем питание печи при перерыве в по­даче воды.

Футеровка индукционной печи состоит из следующих ос­новных элементов: футеровки тигля, подовой плиты (поди­ны), верхней керамики (воротника) со сливным носком. По­довая плита служит основанием для футеровки тигля и для индуктора; на средних и крупных печах ее выполняют из шамотных блоков или кирпичей, иногда на крупных печах — из огнеупорного бетона. На малых печах подовую плиту де­лают также из нескольких асбоцементных плит, уложенных одна на другую (см. рис. 143).

Футеровку тигля, как правило, делают набивной, при плавке она спекается в монолит; на больших печах тигель иногда выкладывают из кирпичей. Воротник, т.е. футеровку выше верхнего витка индуктора, которая не может спекаться

за счет тепла жидкого металла, делают из фасонных кирпи­чей (шамота, хромомагнезита) или из огнеупорных масс с повышенным количеством связующих. Сливной носок представ­ляет собой фасонное изделие из шамота.

Футеровка тигля должна обладать следующими свойствами: высокой огнеупорностью и шлакоустойчивостью; высокой тер­мостойкостью, так как при загрузке шихты она сильно охлаждается; высокой механической прочностью, чтобы вы­держивать удары шихты при загрузке; минимальной толщиной, поскольку металл должен находиться как можно ближе к ин­дуктору, т.е. в зоне наибольшей плотности индуктируемых токов.

Футеровка может быть основной или кислой. Набивную кислую футеровку изготовляют из дробленого кварцита (фракции размером менее 3,5 мм) или кварцевого песка с добавкой в качестве связующего борной кислоты (1,5—4 %) без увлажнения. Для основных тиглей применяют огнеупорные смеси разных составов, наиболее часто магнезитовый поро­шок; в качестве связки используют огнеупорную глину, жид­кое стекло, плавиковый шпат, борную кислоту и др. Приме­няют как увлажненные, так и сухие смеси.

Перед набивкой тигля внутреннюю поверхность индуктора покрывают тонким изолирующим слоем, например, нанося спе­циальную изоляционную обмазку с последующей обклейкой стеклолентой; иногда дополнительно укладывают теплоизоля­ционный слой из асбеста. На дно индуктора засыпают слой футеровочной массы, утрамбовывают ее и затем устанавли­вают на нее железный шаблон, наружные размеры которого соответствуют внутренним размерам тигля. В пространство между шаблоном и индуктором засыпают футеровочную смесь и уплотняют ее трамбовками. Затем выполняют воротник из фасонных кирпичей или специальных масс с повышенным коли­чеством связующих.

После окончания набивки футеровку сушат и спекают. Для этого, не вынимая шаблона, включают плавильную установку; тепло, выделяемое в шаблоне, нагревает футеровку. В зави­симости от емкости тигля спекание длится от 1 до 4 ч для кислого тигля и от 2 до 10 ч для основного. Окончательное спекание с расплавлением шаблона происходит во время пер­вой плавки. Спекание можно проводить, вставив в тигель соответствующих размеров кусок графитового электрода.

Тигли емкостью до 300 кг иногда набивают увлажненной мас­сой в специальной разборной прессформе. После сушки на воздухе такой тигель устанавливают в индуктор на подовую плиту, а пространство между индуктором и тиглем засыпают мелким огнеупорным порошком.

Стойкость кислых тиглей составляет 20—250 плавок. Ос­новная футеровка обладает меньшей термостойкостью, и стойкость основных тиглей значительно ниже (10—100 пла­нок; меньшая величина - для печей большой емкости).

Средний внутренний диаметр тигля D_T и высоту расплава
/|_р определяют исходя из заданной емкости печи (объема ме­
талла) с учетом того, что величина отношения h_p/D_T должна
составлять 1,6—2,0 для 100-кг печи и снижаться при увели­
чении емкости (до 1,1—1,4 для 6-т печи). Толщину футеров­
ки (м) __ в середине тигля определяют по формуле:

Ь_ф ~ 0,08V Г , где Т - емкость печи, т. Примерные соотно­шения между размерами тиглей и индукторов сталеплавильных печей приведены в табл. 11. Таблица 11. Размеры индуктора и титла индукционных

Чечен

Механизм наклона предназначен для наклона печи при сливе металла. Металл из тигля сливают через сливной но­сок, поворачивая установленный на двух цапфах каркас печи на угол 95°. Наклон печи осуществляют лебедками, тельфе­рами, а на крупных печах устанавливают гидравлический ме­ханизм наклона.

Электрическое оборудование служит для подачи питания на индуктор индукционной печи. Упрощенная электрическая схема индукционной печи повышенной частоты, питаемой от машинного или лампового генератора, показана на рис. 146. Переменный ток высокой частоты от генератора 1 через

Рис. 146. Упрощенная электрическая схема индукционной печи

выключатель 2 подается на индуктор 3, параллельно которо­му подключены конденсаторы 5 и б.

Конденсаторы предназначены для компенсации индуктивно­го сопротивления индуктора и установки в целом (компенса­ции реактивной мощности установки). В цепь включены две группы конденсаторов: конденсаторы первой группы 6 подк­лючены постоянно; а конденсаторы второй группы 5 включают в случае необходимости. В процессе плавки по мере нагрева шихты изменяются ее удельное сопротивление и магнитная проницаемость, что изменяет индуктивное сопротивление ус­тановки. Включая или отключая дополнительные конденсаторы добиваются равенства индуктивного и емкостного сопротив­лений, т.е. величины cos^p установки, близкой к единице.

В качестве источников питания (преобразователей часто­ты) используют ламповые и машинные генераторы, тиристор-ные преобразователи. Для питания малых печей (< 30-50 кг) применяют ламповые генераторы, вырабатывающие ток с час­тотой от 30 кГц до несколько мегагерц; их мощность изме­няется от 0,3 до 1000 кВт. Ббльшая часть проыщленных пе­чей с тиглями емкостью 60—100 кг и более питаются от ма­шинных генераторов. Их выпускают мощностью от 12 до 2500 кВт с частотой вырабатываемого тока 0,5; 1; 2,4; 4; 8 и 10 кГц. Соотношение между емкостью печи и мощностью генератора примерно следующее:

Емкость, т ................ 0,06 0,4 1,0 6 10 16 25

Мощность, кВт ... 50 250 500 2500 3000 5000 6000

В последние годы в качестве источников питания все ши­ре применяются тиристорные преобразователи частоты. Про­мышленность выпускает тиристорные преобразователи мощнос­тью до 3200кВт с частотой вырабатываемого тока 0,5—ЮкГц.

Эти преобразователи обладают по сравнению с машинными генераторами следующими преимуществами: более высокий электрический к.п.д.; высокая готовность к работе; воз­можность автоматического поддержания оптимального элект­рического режима без переключения в силовой цепи (не тре­буется переключения конденсаторов, что упрощает конструк­цию конденсаторной батареи); отсутствие вращающихся час­тей и бесшумность в работе.

В состав электрооборудования индукционной печи входят подключаемые к силовой цепи через трансформаторы тока и напряжения электроизмерительные приборы и приборы защиты (от перегрузок по току и напряжению и в случае отключения охлаждающей воды). Крупные индукционные печи снабжены ав­томатическим регулятором, который поддерживает оптималь­ный электрический режим путем взаимосвязанного регулиро­вания коэффициента мощности, напряжения и силы тока. Ос­новные параметры работы электрооборудования (мощность ге­нератора, емкость конденсаторов, требуемая частота тока и др.) определяют расчетом исходя из заданных емкости печи, длительности плавления, температуры жидкого металла.

Индукционные печи промышленной частоты

Футеровка и индуктор печей промышленной частоты такие же, как у печей повышенной частоты. В схеме электропитания отсутствует генератор тока повышенной частоты; печь вклю­чается в сеть через ступенчатый понижающий трансформатор со вторичным "напряжением от 100 до 1000 В. Ввиду отсутст­вия преобразователя частоты для этих печей характерен меньший (на 5-10 %) удельный расход электроэнергии и (шлее высокий коэффициент мощности.

Однако при низкой частоте питающего тока (50 Гц) у >тих печей интенсивность электродинамического перемешива­ния металла значительно выше, чем в печах повышенной час-юты. Чтобы избежать чрезмерной циркуляции металла, печи промышленной частоты рассчитывают на меньшую удельную мощность, чем печи повышенной частоты; такой мощности недостаточно для быстрого расплавления стальной шихты. Поэтому печи промышленной частоты обычно используют для плавки металлов с более низкой температурой плавления (чугуна, цветных металлов). Мощность печи емкостью 1 т составляет 360 кВ • А, емкостью 25 т - 4800 кВ • А.

2. Технология плавки

Плавку в индукционных печах обычно ведут без окисления примесей и не ставят задачу удаления фосфора и серы, так как из-за "холодных" шлаков дефосфорация и десульфурация затруднены. Стали и сплавы выплавляют либо из легирован­ных отходов (метод переплава), либо из чистого шихтового железа и лома с добавкой ферросплавов (метод сплавления).

Выбор установки. В печи с основной футеровкой можно выплавлять сталь любого состава, но стойкость этой футе­ровки значительно ниже, чем кислой. В печах с кислой фу­теровкой нельзя выплавлять стали с высоким содержанием марганца, алюминия, титана, циркония, так как оксиды мар­ганца, взаимодействуя с кремнеземом футеровки, быстро разрушают ее, а алюминий, титан и цирконий восстанавли­вают кремний из кремнезема футеровки.

Плавка в печи с основной футеровкой. Продолжительность плавки в индукционной печи очень небольшая, что не по­зволяет многократно проверить состав металла путем его анализа. Поэтому получение стали с заданным составом ба­зируется на предварительном расчете шихты, для чего необ­ходимы точное знание ее состава и взвешивание. В частнос­ти, содержание углерода, серы и фосфора не должно превы­шать допустимых в выплавляемой стали пределов.

Шихту составляют из мелких и крупных кусков, что обес­печивает плотность ее укладки и сокращение длительности плавления. Наиболее крупные куски укладывают у стенок тигля, где плотность токов максимальная. Тугоплавкие фер­росплавы загружают в нижнюю половину тигля.

После включения тока следят за тем, чтобы куски шихты не сваривались в "мосты", препятствующие оседанию плавя­щихся кусков вниз. Периодически шихту "осаживают" с по­мощью ломика. По мере оседания шихты догружают ту ее часть, которая не вместилась при завалке. После появления жидкого металла в тигель вводят шлакообразующую смесь из извести, плавикового шпата и магнезита в соотношении 4:1:1. Назначение наводимого шлака — уменьшить насы­щение металла газами из атмосферы и окисление легирующих элементов. При плавлении поддерживают максимальную мощ­ность генератора и высокий cos^p путем подключения кон­денсаторов. Длительность плавления изменяется от 30—

40 мин на малых печах (емкостью около 50 кг) до 2 ч на

крупных.

После расплавления отбирают пробу металла на анализ и сливают плавильный шлак, чтобы предотвратить восстановле­ние из него фосфора, после чего наводят новый шлак, добавляя шлакообразующую смесь того же состава, что и в период плавления. Мощность, подаваемую на индуктор, сни­жают на 30—40 %. После получения результатов анализа про­водят легирование, корректировку состава металла и его раскисление путем введения в тигель соответствующих фер­росплавов, после чего металл сливают из тигля в ковш. Иногда при выплавке высококачественных сталей проводят диффузионное раскисление металла. Для этого в шлак вводят раскислительные смеси, состоящие из извести, молотого ферросилиция, порошкообразного алюминия, делая выдержку в течение примерно 30 мин; циркуляция металла в тигле индукционной печи ускоряет раскисление.

Ферросплавы при плавке в индукционной печи присаживают н следующем порядке: феррохром, ферровольфрам и ферро­молибден вводят в завалку; ферромарганец, ферросилиций и феррованадий— за 7—10мин до выпуска; алюминий перед вы­пуском. При таком порядке введения угар элементов следую­щий: вольфрама около 2 %, хрома, марганца и ванадия — 5-10 %, кремния - 10-15 %, титана 25-35 %.

Плавка в печи с кислой футеровкой. Содержание серы, фосфора и углерода в шихте не должно превышать допустимых и выплавляемой стали пределов. При выплавке сталей, леги­рованных хромом, вольфрамом и молибденом, в завалку вво­дят феррохром, ферровольфрам, ферромолибден. Загрузку шихты и расплавление ведут так же, как и в тигле с основ­ной футеровкой. Шлак во время плавления шихты наводят добавками боя стекла, шамота и извести.

После расплавления и анализа отбираемой пробы металла проводят легирование (корректировку состава) и раскисле­ние. Ферромарганец, ферросилиций и, если необходимо, фер­рованадий вводят в металл на 7—10 мин до выпуска, алюми­ний непосредственно перед выпуском. Угар марганца состав­ляет 10 %, кремний практически не угорает, угар вольфрама и молибдена около 2 %, хрома 5 %. Расход электроэнергии при выплавке стали в индукционных печах составляет 500— 700 кВт-ч/т.

3. Плавка в вакуумных индукционных печах

Плавка в вакуумных индукционных печах позволяет получать сталь и сплавы с малым содержанием газов, неметаллических включений и примесей цветных металлов, легировать сплав любыми элементами, в том числе обладающими высоким срод­ством к кислороду, без их потерь на окисление.

Устройство печи. Первые печи были периодического дей­ствия. После выпуска плавки вакуумную систему отключали и печь открывали для извлечения слитков и загрузки шихтовых материалов. Позже были созданы более совершенные печи полунепрерывного действия. Эти печи позволяют загружать шихту, устанавливать изложницы и извлекать слитки без на­рушения вакуума в плавильной камере. Емкость существующих печей достигает 50 т.

На рис. 147 показана схема вакуумной индукционной печи полунепрерывного действия. Плавильная камера 2 имеет сверху съемную крышку 11. В камере установлен индуктор с тиглем 3, закрепленный на цапфах; наклон тигля для слива металла производят с помощью привода, расположенного с наружной стороны камеры. В крышке плавильной камеры над тиглем размещена шлюзовая загрузочная камера 8, отделяе-

Рис. 147. Схема вакуумной индукционной печи полунепрерывного действия: 1 - камера изложниц; 2 - плавильная камера; 3 - индуктор с тиглем- 4 -гляделки; 5- термопара; 6- затвор; 7- крышка; 8- шлюзовая камера; 9-ломик для осаждения шихты; 10 - шлюзовой дозатор; 11 - съемная крышка; 12 -Ьустерные насосы;^3_- форвакуумные насосы; 14- изложницы; 15 - задвижки

мая от плавильной вакуумным затвором б и закрываемая крышкой 7, что позволяет загружать шихту без нарушения вакуума. В загрузочную камеру ставят бадью с раскрыва­ющимся дном, заполненную шихтой. Закрыв крышку 7, в каме­ре 8 создают вакуум, после чего открывают затвор 6, и шихта из бадьи высыпается в тигель.

Камера изложниц 1 отделена от плавильной камеры и от помещения цеха задвижками 15. Через нее, как через шлюзо­вое устройство, в плавильную камеру подают изложницы 14, установленные на тележке, и после слива в них металла из тигля возвращают обратно.

На крышке 11 смонтирован шлюзовой дозатор 10 для вве­дения добавок по ходу плавки и гляделка 4. Через крышку И с помощью герметичных уплотнителей вводят термопару 5 и ломик 9 для осаживания шихты.

Печь питается током повышенной частоты. Вакуумная сис­тема состоит из группы форвакуумных 13 и бустерных 12 на­сосов, обеспечивающих вакуум порядка 1,33—0,13 Па.

Процесс плавки в вакуумной индукционной печи. Для плавки в вакуумных печах применяют шихтовые материалы, очищенные от масла и окалины; состав их должен быть точно известен. В шихту вводят никель, ферромолибден, ферро­вольфрам и кобальт, если этого требует состав выплавляе­мой стали. После загрузки шихты включают ток, а на печах периодического действия предварительно из печи откачивают воздух.

Плавление ведут, непрерывно откачивая насосами из пла­вильного пространства выделяющиеся газы. За время плавле­ния удаляется большая часть вносимых шихтой газов — водо­род, часть азота, а также влага; жидкий металл при плав­лении кипит, что является результатом выделения пузырьков оксида углерода, получающегося при взаимодействии углеро­да с растворенным в металле кислородом.

После расплавления делают выдержку в течение 20—40 мин, во время которой происходит рафинирование от ряда примесей, раскисление и легирование металла. В печи в этот период поддерживают давление 1,3—0,13 Па. Раскис­ление металла происходит углеродом по реакции [С] + [О] = СО, равновесие которой в условиях вакуума сдвинуто вправо, поскольку продукт реакции непрерывно удаляют (откачивают). Преимуществом такого раскисления

является то, что металл не загрязняется его продуктами. Обычно выдержка длится до полного успокоения ванны (то есть до прекращения выделения СО).

Раскисление идет либо за счет содержащегося в металле углерода, либо за счет углерода, вводимого в начале рафи­нирования в виде графита, чугуна.

Помимо рафинирования от кислорода в период выдержки удаляются азот и водород и испаряются примеси цветных ме­таллов (Zn, Sn, Pb, As, Bi).

В период выдержки проводят легирование и окончательное раскисление кусковыми раскислителями, которые вводят че­рез дозаторы. В начале выдержки вводят феррохром, ферро­ванадий, в конце выдержки ферросилиций, ферротитан, алю­миний, ферромарганец.

Перед выпуском, если это потребуется, вводят кальций, магний и редкоземельные металлы.

Выплавленный металл разливают в изложницы как правило в вакууме.

Иногда в процессе плавки ведут десульфурацию металла. С этой целью на дно тигля до начала завалки щихты загру­жают десульфурирующую шлакообразующую смесь (например, из 90% СаО и 10% CaF₂).

Основные преимущества вакуумной индукционной плавки обусловлены наличием вакуума, обеспечивающего рафинирова­ние от ряда примесей и раскисление углеродом, а также от­сутствием контакта металла с окислительной атмосферой. Выплавляемые при этом сталь и сплавы содержат пониженные количества азота, примесей цветных металлов, кислорода и неметаллических включений, почти не содержат водорода; все это повышает целый ряд служебных свойств сталей.

Отсутствие контакта с кислородом атмосферы позволяет выплавлять стали и сплавы, содержащие легкоокисляющиеся элементы без их угара.

Недостатком вакуумных индукционных печей является сле­дующий фактор: при длительной выдержке в результате ре­агирования с окислами футеровки металл загрязняется кис­лородом и неметаллическими включениями, а также восста­навливаемыми из футеровки элементами (кремнием, алюминием и др.).

Г л а в а5. СЛИТКИ И РАЗЛИВКА СТАЛИ

После окончания плавки в сталеплавильном агрегате (печи) металл выпускают в сталеразливочный ковш и затем, иногда после внепечной обработки в ковше, разливают в изложницы или на установках непрерывной разливки. В результате за­твердевания жидкой стали получают литые заготовки — слит­ки, которые в дальнейшем подвергают обработке давлением (прокатке, ковке).

На слитки разливают большую часть стали, выплавленной во всех сталеплавильных агрегатах; лишь около 2 % всей стали идет на фасонное литье.

Разливка — важный этап сталеплавильного производства. Технология и организация разливки в значительной степени определяют качество готового металла и количество отходов при дальнейшем переделе стальных слитков. Неправильно организованной разливкой можно испортить качественно вып­лавленную сталь. Даже незначительная небрежность в подго­товке разливочного оборудования часто ведет к большим по­терям металла при разливке.

Совершенствование технологии разливки может служить резервом увеличения производства стали. Достаточно ска­зать, что от 5 до 18 %, а иногда и до 25 % всей выплав­ляемой стали возвращается в переплаз из-за дефектов, воз­никающих в процессе разливки и кристаллизации слитка.

Поиск по сайту: