математическое моделирование. 2 Производство, разливка и рафинирование
 Скачать 68.02 Kb.
|
  2.3. Производство, разливка и рафинирование стали 191или вакуум, в этих печах можно выплавлять сталь и сплавы любого состава, более полно раскислять металл с образованием минимально- го количества неметаллических включений продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных сталей ответственного назначения, высоколегированных, инструмен- тальных, коррозионностойких и других специальных сталей и спла- вов. Электроплавильные печи бывают дуговыми и индукционными.  В дуговой печи (рис. 2.10) плавильное пространство образовано подиной 12, стенками 5 и съемным сводом 6, в котором выполнены отверстия для ввода электродов 9из графитизированной массы. Шихта загружается через окно 10. На противоположной стенке расположена летка 2 для выпуска стали. Ток подается источником питания пере- менного трехфазного или постоянного тока кабелями 7к электродо- держателям 8, а через них к электродам 9 и ванне металла. Между электродами и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга, теплота которой передается металлу и шлаку излучением. Рабочее на- пряжение составляет 160...600 В, сила тока — 1...10 кА. Длина дуги во время работы регулируется автоматически путем перемещения элек- тродов. Стальной кожух 4печи футерован огнеупорным кирпичом — основным или кислым. Подину 12 на поддоне 1набивают огнеупор- ной массой. Для управления ходом плавки имеются рабочее окно 10и летка для выпуска готовой стали в ковш 13при наклоне печи на ро- ликах приводом 11. Емкость дуговых печей колеблется от 0,5 до 400 т.В таких печах применяют два вида технологии плавки: на шихте из легированных отходов (методом переплава) и на углеродистой шихте (с окислением примесей). Плавкунашихтеизлегированныхотходовведут без окисления примесей. Причем шихта по сравнению с выплавляемой сталью должна иметь меньшее содержание марганца и кремния и низкое содержание 6 78  53 4 9 2 10 1 13 Рис. 2.10. Схема электродуговой плавильной печи 12 11 фосфора. По сути, это переплав. После расплавления шихты из ме- талла удаляют серу, наводя основной шлак, при необходимости нау- глероживают и доводят металл до заданного химического состава. Затем проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак мелко- раздробленные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Этим спосо- бом выплавляют легированные стали из отходов машиностроитель- ных заводов. Плавку с окислением примесей чаще всего применяют для произ- водства конструкционных углеродистых сталей. Процесс включает два периода: о к и с л и т е л ь н ы й и в о с с т а н о в и т е л ь н ы й. После загрузки и расплавления шихты в жидком металле за счет кислорода воздуха, окислов шихты и окалины активно окисляются углерод и марганец и частично фосфор:Fe2О3 3Мn 3МnО 2Fe; Fe2O3 3C 3CO 2Fe; 5Fe2O3 6P 3P2O5 10Fe. Окончательное удаление фосфора из металла происходит путем связывания его оксидом кальция (известью): Р2O5 5FeO 4СаО (СаО)4 Р2O5 5Fe. После нагрева до 1500...1540 С в печь загружают руду и известь. Содержащийся в руде кислород интенсивно окисляет углерод и вы- зывает кипение жидкого металла, которое ускоряет удаление из него газов, неметаллических включений, способствует удалению фосфора. Периодически шлак удаляют, а руду и известь добавляют. Когда со- держание углерода становится меньше заданного на 0,1 %, кипение прекращают и полностью удаляют из печи шлак.Во время восстановительного периода плавки металл раскисляют белым шлаком (известь, плавиковый шпат, кокс и ферросилиций), удаляют серу и доводят химический состав стали до заданного: FeO C Fe CO; 2FeO Si Fe SiO2; FeS CaO CaS FeO. После достижения заданного состава стали и необходимой темпе- ратуры сталь окончательно раскисляют и выпускают из печи в ковш. При выплавке в дуговых печах в легированную сталь в виде фер- росплавов вводят легирующие элементы в зависимости от их срод- К гетеродину  ства с кислородом. Металлы, обладающие меньшим сродством с кисло- родом, чем железо (например, молибден), добавляют в сталь в период плавления или в окислительный период, легко окисляющиеся металлы (хром) — в восстановительный период. Такие легирующие элементы, как ванадий и титан, добавляют перед выпуском стали из печи в ковш. В индукционнойэлектрическойпечи(рис. 2.11) плавильное про- странство 1образует тигель 4из огнеупорной массы с крышкой 2, который располагается внутри спирального многовиткового водоох- лаждаемого индуктора 3. Индуктор питается от генератора перемен- ного тока частотой от 10 до 1000 Гц. Переменный магнитный поток, создаваемый переменным током, наводит в шихте мощные вихревые токи, расплавляющие металл. Производительность индукционных печей составляет от 60 кг до 25 т. Для слива металла печь оснащена гидравлическим приводом. Индукционные печи могут оснащаться системами для создания вакуума или контролируемых атмосфер. В большинстве случаев используются индукционные печи с кислой футеровкой, а для выплавки сталей и сплавов с высоким содержани- ем марганца, никеля и алюминия — с основной. В индукционных печах выплавляют сталь и сплавы или из леги- рованных отходов методомпереплава, или из чистого шихтового же- леза и скрапа с добавкой ферросплавов методомсплавления. Технико-экономические показатели получения стали в электро- печах: производительность т/сут. на каждые 1000 Вт; расход электроэнергии на 1 т стали (около 2,5 МВт/т); расход электродов на 1 т стали (6...9 кг/т). Стоимость электростали выше, чем стоимость конвертерной или мартеновской стали. Пути повышения эффективности плавки: интенсификация металлургических процессов за счет вдувания в ванну кислорода и ввода инертных газов. Интенсивное перемеши- вание металла ускоряет процесс окисления, способствует выравнива- нию температуры и химического состава, выводу газов и неметалли- ческих включений, уменьшает угар легирующих элементов; плавка под слоем пенистого шлака (снижает теплопотери и уменьшает содержание азота в стали); сокращение периода плавки за счет предварительного нагрева шихты вне печи, доводки и легирования стали в ковше. Основной областью применения электроплавки является получе- ние высококачественных легированных сталей и сплавов, особенно сталей с низким содержанием углерода. Трудность или невозможность получения таких сталей в мартеновских печах и конвертерах компен- сирует высокую стоимость их производства в электропечах.Приближение качества стали, выплавленной конвертерным и мар- теновским способами, к качеству стали, полученной в электропечах, достигается рафинированием (очисткой металла от ненужных ком- понентов). Например, рафинирование металла в ковше жидкими синтетическими шлаками проводится для очистки стали от серы, рас- творенного кислорода и неметаллических включений. Оно осущест- вляется при интенсивном перемешивании стали в ковше со специ- альным шлаком. После такой обработки сталь приобретает более высокие механические свойства. Так, мартеновская сталь, обработан- ная синтетическими шлаками, по качеству близка к стали, выплав- ляемой в электрических печах. 2.3.4. рафинирование стали Способыочисткистали можно разделить на две группы. К первой относятся способы, которые предусматривают рафинирующую обра- ботку после выпуска стали из печи перед ее разливкой. Это обработка синтетическими шлаками и ряд способов обработки вакуумом. Ко вто рой относятся способы повторного переплава стали после затверде- вания ее в изложницах (вакуумно-дуговой, вакуумно-индукционный, плазменно-дуговой, электронно-лучевой, электрошлаковый переплавы и их сочетания). На рис. 2.12 представлены схемы наиболее часто встречающихся способов очистки.При рафинировании синтетическим шлаком используется шлак в виде смеси в составе: 45 % СаО, 40 % Al2О3, 10 % Mg и 5 % CaF2 |