Главная страница
Навигация по странице:

  • 21. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИСЛЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

  • 22. ПЕРЕПЛАВНЫЕ ПРОЦЕССЫ

  • 22.1. ВАКУУМНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ ПЕРЕПЛАВ

  • 22.2. ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ ПЕРЕПЛАВ

  • 22.3. ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ

  • 22.4. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ И ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ПЕРЕПЛАВЫ

  • 22.5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПЕРЕПЛАВНЫХ ПРОЦЕССОВ

  • Теория и технология производства стали 1. Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act


    Скачать 7.23 Mb.
    НазваниеУчебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act
    АнкорТеория и технология производства стали 1.doc
    Дата22.04.2017
    Размер7.23 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаТеория и технология производства стали 1.doc
    ТипУчебник
    #5208
    страница55 из 88
    1   ...   51   52   53   54   55   56   57   58   ...   88


    Рис. 20.3. Основные типы организации фло­тационных процессов (/-/Я) для рафиниро­вания стали от включений
    ции. В частности, фильтрационные процессы в промежуточных ковшах предлагается разделить на три типа (рис. 20.3):

    I— метод «сита» — экранирование или фильтрация фильтрующим мате­риалом (механически задерживаются крупные частицы). Такой тип фильт­рации очень эффективен в случае, если необходимо удалить из металла крупные включения;

    IIметод «пирога» — фильтрация с образованием на поверхности филь­тра твердого осадка («пирога»)1. При этом типе на входной поверхности фильтра оседают твердые частицы, и в дальнейшем фильтрация осуществля­ется через слой ранее осажденных час­тиц. По мере протекания процесса фильтрации слой становится толще, и для поддержания постоянного расхода жидкости необходимо увеличивать металлостатическое давление;

    ///— глубинная фильтрация, или фильтрация в толще фильтра. Этот способ обеспечивает задержку частиц очень малого размера, меньшего, чем отверстия пор фильтра. В этом случае должны быть реализованы механиз­мы, обеспечивающие транспортиров­ку частиц к поверхности фильтра и закрепление их на фильтрующей по­верхности. При этом следует иметь в виду, что частицы неметаллических включений могут быть как в твердом, так и в жидком состоянии, поэтому тип фильтра /// является предпочти­тельным. В связи с этим материалы, используемые для изготовления фильтров, должны: 1) противостоять термическим и механическим напря­жениям, возникающим до и в про­цессе фильтрации; 2) не разрушаться при взаимодействии металл—шлак-фильтр в процессе разливки; 3) эф­фективно удалять нежелательные включения и одновременно не пред­ставлять избыточного сопротивления для потока жидкого металла; 4) не ох­лаждать жидкую сталь. В общем слу­чае процесс складывается из двух ста­дий: первоначальный поток металла частично затвердевает при контакте с фильтром, а затем этот затвердевший металл снова расплавляется при про­хождении следующих порций жидко­го металла.
    'В гидрометаллургии такой осадок назы­вают кеком (от англ, cakeзатвердевать).
    Технологии изготовления фильт­ров и их строение различны. Широкое распространение получили так назы­ваемые керамические пористые филь­тры (КПФ) или пенокерамические фильтры (ПКФ). Такие фильтры (по­ристость до 90 %, размер пор 0,5— 5,0 мм) обладают комплексом свойств, необходимых для фильтрации чугуна, стали и высокотемпературных мате­риалов или сплавов: малой массой, высокоэффективной поверхностью, обеспечивают извилистый путь потока металла, низкие потери давления, об­ладают приемлемыми термо- и меха­ническими свойствами. Благодаря своей структуре они могут задержи­вать включения микронных размеров.

    В 1992 г. журнал «Сталь» в одном из своих выпусков (№ 4) поместил тема­тическую подборку материалов о на­копленном отечественном опыте по данной проблеме.

    В табл. 20.1 приведены некоторые характеристики ПКФ по зарубежным данным.

    Таблица 20.1. Основные характеристики пенообразующих керамических материалов



    Характеристика

    Материал ПКФ




    А120 + + фосфаты алюминия

    муллит (ЗА1203-28Ю2)

    спеченный оксид алюминия (99% А1203)

    стабилизиро­ванный диоксид циркония ZnO, + CaO (или MgO, или Y2O3)

    65% стабилизи­рованного ZrO2 + +35% А12О3

    Максимальная

    температура

    применения, °С

    1427



    1538



    1649



    1760



    1704



    Термостойкость

    Очень высокая

    Высокая

    Очень высокая

    Фильтрация

    расплавов



    Алюминие-

    вых и других

    цветных

    сплавов

    Цветных ме-

    таллов, чугуна,

    сплавов на ни-

    келевой основе

    Черных

    металлов,

    специаль-

    ных чугунов

    Специальных

    сплавов, стали



    Стали



    В настоящее время обеспечиваю­щие осаждение неметаллических включений пористые фильтры, уста­навливаемые в поперечных перего­родках, которые отделяют зону подво­да металла от зоны выпуска в проме­жуточных ковшах УНРС, изготавлива­ют серийно. Например, одна из фирм выпускает фильтры трех типов с раз­мерами ячеек 10, 15 и 25 меш, что со­ответствует изменению среднего раз­мера просветов в пределах от 400 до 1700, 1100 и 900 мкм соответственно. Проведенные эксперименты показа­ли, что при разливке на шестиручье-вой УНРС среднее число включений при установке с фильтрами снижается в 4 раза. В числе «задержанных» при фильтрации включений прежде всего отмечены нитриды титана, алюмина­ты кальция, силикаты марганца и гли­нозем. Проблема выбора огнеупорно­го материала для изготовления уста­навливаемых в промежуточном ковше перегородок с фильтрующими отвер­стиями не может считаться решенной, и исследования в этом направлении продолжаются.

    На заводе одной из японских фирм для рафинирования низкоуглеродис­тых сталей, раскисленных алюминием и титаном, опробована перегородка из СаО, представляющая собой кон­струкцию толщиной 200 мм, собран­ную из двух пластин по 100 мм. В пе­регородке выполнены отверстия, су­жающиеся в направлении движения металла от диаметра 50 мм до диамет­ра 40мм. Зафиксировано снижение загрязненности стали как крупными (> 5 мкм), так и мелкими (< 5 мкм) включениями. Исследователи при­шли к выводу, что рафинирование металла от А12О3 происходит в резуль­тате образования легкоплавкого со­единения 12СаО-7А12О3 (его обна­ружили методом дифракции рентге­новских лучей).

    На другом заводе исследовали иной способ решения проблемы. На пути движения металла из огнеупо­ров были установлены своеобразные «ворота» (рис. 20.4), замедляющие движение металла, а в днище ковша за «воротами» — пористая пробка, через которую в пузырьковом режи­ме подавали аргон таким образом, чтобы весь металл проходил через барботируемый слой. Эксперименты проводили в 25-т промежуточном ковше, скорость разливки составляла 0,8-1,2 м/мин, отношение /W = 0,668. Установлено, что в случае продувки аргоном общее содержание кислорода стабильно снижается, уменьшается содержание включений, повышаются механические свойства готового металла.

    На рис. 20.5 представлен пример технологического решения по исполь­зованию промежуточного ковша на установке для отливки непрерывноли-тых заготовок блюмового типа разме­ром 380x550 мм. Установка пущена на заводе фирмы Kobe Steel, г. Какога-ва (Япония). В Т-образном ковше



    Рис. 20.4. Конструкция промежуточного ков­ша с «воротами»



    Рис. 20.5. Конструкция промежуточного ков­ша блюмовой УНРС завода Kobe Steel в г. Какогава (Япония):

    / — покровный порошок в промежуточном ковше;

    2— покровный порошок в кристаллизаторе; 3 —

    крышка ковша; 4 — кристаллизатор; 5 — устройство

    для электромагнитного перемешивания
    вместимостью 35 т глубина ванны ме­талла достигает 900 мм. С целью луч­шей организации удаления в процессе разливки включений помимо увеличе­ния глубины ванны и скорости раз­ливки до 0,6 м/мин металл фильтрует­ся, проходя через отверстия в двух пе­регородках. Установка включает уст­ройства для защиты струи аргоном, крышку, закрывающую промежуточ­ный ковш, систему подачи аргона в погружаемое в кристаллизатор сопло и др. Исследованием установлено, что общее содержание кислорода в стали в результате фильтрации снижается бо­лее чем в 2 раза, достигая значений

    20-10 -4%.

    Помимо рафинирования стали от неметаллических включений фильтра­ция через огнеупорные фильтры мо­жет дать еще один положительный ре­зультат. Специальными исследования­ми установлено, что в процессе плав­ки стали некоторые примеси цветных металлов частично мигрируют из стальной ванны в футеровку. Если это так, то можно ожидать, что в процессе фильтрации стального расплава через огнеупорные фильтры будет иметь ме­сто хотя бы частичное рафинирование стали также и от примесей некоторых цветных металлов (они останутся в по­рах и каналах фильтра).

    21. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИСЛЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
    В возникших полтора века назад тех­нологиях массового производства ли­той стали — бессемеровском и марте­новском — на начальном этапе разви­тия использовались кислые огнеупоры (на базе кремнезема, SiC2).

    Использование кислых шлаков не давало возможности проводить опера­ции десульфурации и дефосфорации. Необходимость борьбы с серой и фос­фором явилась одной из главных при­чин перехода на работу с основными шлаками и на использование основ­ных огнеупоров.

    При этом сама технология ведения плавки в конвертерах, в основных электро- и мартеновских печах, строи­лась таким образом, чтобы в процессе (в ходе) самой плавки обеспечить полу­чение в конце операции металла нужно­го состава и с низким содержанием серы и фосфора.

    В настоящее время ситуация изме­нилась коренным образом: современ­ные методы внепечной обработки чугу­на и стали обеспечивают получение в конечном счете металла нужного со­става и с минимальным содержанием вредных примесей в комплексе стале­плавильный агрегат—внепечная обра­ботка.

    Неметаллические включения в кислой стали имеют другую природу, в частности отсутствуют грубые мало­деформируемые включения алюмина­тов кальция и магния, что для ряда ма­рок является важным. Особенностью включений в кислой стали является их круглая форма, сохраняющаяся после прокатки, в то время как включения основной стали часто представляют собой вытянутые пластинки или це­почки, из-за которых механические свойства основной стали в попереч­ном направлении значительно ниже, чем в продольном. В кислой же стали анизотропия механических свойств, особенно ударной вязкости и упругос­ти, ниже. Кроме того, механические свойства кислой стали, как правило, более стабильны от плавки к плавке, чем основной стали того же состава.

    Известны работы, оказывающие положительное воздействие кислых шлаков на качество металла, прежде всего на чистоту по неметаллическим включениям. В частности, это иссле­дования с целью повышения качества подшипниковой стали, в ходе которых сталь ШХ 15, выплавленную в 70-т ДСП и 140-т мартеновской печи, об­рабатывали кислым шлаком. Полу­ченные результаты свидетельствуют о возможности резкого снижения за­грязненности подшипниковой стали как строчечными оксидными, так и наиболее опасными глобулярными включениями при обработке ее кис­лым шлаком.

    Из исследований последнего вре­мени обращает на себя внимание ра­бота, выполненная на Белорусском металлургическом заводе (доклад на IV конгрессе сталеплавильщиков в 1996 г.). Обработка стали, предназна­ченной для металлокрода, кислыми шлаками привела к заметному повы­шению ее качества, снижению обрыв­ности кордовых нитей и т. д. В про­цессе выпуска стали в ковш присажи­вали дробленый кислый шлак, металл раскисляли алюминием и легировали ферромарганцем.

    Особенностью кислых шлаков яв­ляется более низкая (по сравнению с основными) растворимость газов и низкая азото- и водородопроницае-мость (соответственно в 4—5 раз и в 2— 3 раза ниже, чем у основных шлаков). В результате увеличения отношения SiO2: (FeO + MnO) от 0,72 до 2,11 во­допроницаемость шлаков снижается от 1,0 до 0,09см3/100г. Кислые шла­ки, для которых величина этого отно­шения менее 1,2, практически не про­ницаемы для азота.

    По данным разных исследований, растворимость водорода в кислых шлаках во всех случаях оказывалась существенно (в несколько раз) ниже, чем в основных.

    В работе Института черной метал­лургии Украины проведено сравнение содержания газов в металле в процессе конвертерной плавки при использова­нии конвертеров с кислой (7) и основ­ной (2) футеровками (рис. 21.1). При этом уменьшение содержания азота в кислом металле было также объяснено меньшей азотопроницаемостью кис­лых шлаков.


    Рис. 21.1. Изменение содержания газов по ходу плавки в конвертерах с кислой (1) и ос­новной (2) футеровками
    Распространение дуговых печей сравнительно небольшой емкости с кислой футеровкой обусловлено рядом преимуществ такого типа агрегатов:

    1. Меньшие тепло- и электропро­водность кислых огнеупоров и шла­ков. Из-за повышенного сопротивле­ния кислых шлаков электрические дуги в кислых печах короче, что обес­печивает более быстрый нагрев метал­ла до заданной температуры при мень­шем (на 10—15 %) расходе электро­энергии.

    2. Ванны кислых печей имеют от­носительно большую глубину (нет де­фосфорации и десульфурации — нет необходимости иметь большую поверх­ность контакта металл—шлак), как следствие — меньшие тепловые потери.

    3. Малая доля «жидкого» периода позволяет полнее использовать мощ­ность трансформатора.

    4. Материалы для футеровки кис­лых печей менее дефицитны, более чем в 2 раза дешевле, чем основные огнеупоры, и обеспечивают достаточ­но высокую стойкость подины, стен и свода при периодической работе печи.

    5. По сравнению с основными кислые шлаки обладают более низ­кой электрической проводимостью и меньшей лучеиспускательной способ-

    ностью, что позволяет нагревать жид­кий металл более короткой дугой на высокой ступени напряжения печно­го трансформатора. Электрические дуги разрывают шлаковый покров и непосредственно контактируют с жидким металлом, передавая ему теп­лоту дуг. Это улучшает передачу тепла металлу, сокращает время плавления и увеличивает электрический к.п.д. установки.

    Уменьшению тепловых потерь че­рез кладку и более быстрому нагреву металла способствуют также более низкая теплопроводность и объемно-аккумулирующая способность кислых огнеупоров. Сравнительные показате­ли теплофизических величин огнеупо­ров приведены в табл. 21.1.
    Таблица 21.1. Показатели некоторых теплофизических величин огнеупоров

    Показатель

    Кислые огнеупоры

    Основные огнеупоры

    Удельная

    0,27-0,31

    0,31-0,38

    теплоемкость, Вт-ч/(м3-К)

    (0,29)

    (0,35)

    Объемно-акку­мулирующая способность,

    486-558 (552)

    914-1121 (1017,5)

    Вт-ч/(м3-К)





    Теплопровод­ность, Вт/(м-К)

    1,35-1,92 (1,635)

    2,33-8,84 (5,585)

    Температуро­проводность,

    М2

    (2,8-3,0)- Ю-3 (2,9-Ю-3)

    (2,0-9,1 1)-10-3 (5,555- Ю-3)

    6. Кислый процесс имеет и некото­рые технологические достоинства: а) низкая активность оксидов железа в шлаке и, следовательно, меньший угар в процессе плавки; б) высокие темпе­ратуры нагреваемого металла, т. е. при необходимости есть возможность для восстановления кремния до значений, соответствующих марочному составу (без использования ферросилиция); в) процесс под кислым шлаком осо­бенно эффективен при переплаве хромсодержащих отходов. Известно, что по мере снижения основности шлака отношение (Сг)/[Сг] резко уменьшается. Это обстоятельство учи­тывается как при выплавке высоко­хромистых сталей (марки типа 08Х18Н10), так и сталей с относитель­но невысоким содержанием хрома (рис. 21.2). Результаты сравнения ус­ловий работы основных и кислых ДСП сведены в табл. 21.2.
    Таблица 21.2. Качественное сравнение выплавки стали в печах с кислой и основной

    футеровками

    Условия выплавки и свойства стали

    Футеровка



    кислая

    основ­ная

    Продолжительность

    Меньше

    Больше

    плавки







    Расход электроэнергии

    Меньше

    Больше

    Стоимость огнеупоров

    Дешевле

    Дороже

    Термостойкость футеровки

    Выше

    Ниже

    Тепловые потери

    Ниже

    Выше

    Удаление серы и фосфора

    Нет

    Да

    Содержание газов в

    Ниже

    Выше

    металле







    Анизотропия

    Ниже

    Выше

    механических свойств







    Стабильность

    Выше

    Ниже

    механических свойств от







    плавки к плавке







    Форма неметаллических

    Округлая

    Вытя-

    включений




    нутая

    Балл неметаллических

    Ниже

    Выше

    включений









    Проблемы эффективного исполь­зования кислых шлаков интересуют также конвертерщиков. Заслуживают внимания эксперименты, проведен­ные в Институте черной металлургии Украины и в конвертерном цехе заво­да им. Петровского. Эксперименты показали, что для стали, выплавлен­ной в конвертере с кислой футеров­кой, по сравнению с основной харак­терны снижение содержания азота, водорода и кислорода, повышение ударной вязкости толстого листа и уменьшение анизотропии свойств. В целом для процесса в конвертере с



    Рис. 21.2. Изменение состава металла и шла­ка при выплавке в 10-т кислой печи стали марки 37ХНЗА

    кислой футеровкой получены сниже­ние расхода сырья и энергоносителей, уменьшение количества отходов и по­вышение производительности конвер­теров.

    Конечно, при решении вопроса о выборе той или иной футеровки нуж­но учитывать, что температура огне­упорности магнезита и хромомагнези­та 2000 ºС, а динаса 1730 °С, однако по мере расширения методов искусствен­ного охлаждения отдельных элементов конструкций сталеплавильных агрега­тов влияние этого фактора уменьша­ется, а в ряде случаев вообще исчезает.

    Ближайшее будущее покажет, ка­ковы перспективы использования тех­нологий плавки металла под кислым шлаком.
    22. ПЕРЕПЛАВНЫЕ ПРОЦЕССЫ
    Переплавные процессы — это различ­ные способы переплава (с целью из­менения состава и повышения каче­ства металла) слитков или заготовок, предварительно полученных обычны­ми способами выплавки (в ДСП, кон­вертере, мартеновской печи). Под из­менением состава переплавленных за­готовок понимают уменьшение содержания вредных примесей и включе­ний в металле. Кроме того, на этой стадии можно создать особые условия кристаллизации металла (более быст­рая и направленная кристаллизация) с целью существенного уменьшения не­желательных последствий ликвацион-ных процессов и дефектности слитков усадочного происхождения.

    Помимо названия «переплавные процессы» используют названия «спе­циальная металлургия» или «специ­альная электрометаллургия».

    К переплавным процессам часто относят также плавку стали в вакуум­ной индукционной печи (вакуумный индукционный переплав, или сокра­щенно ВИП).

    Первые промышленные вакуумные индукционные печи появились около 35 лет назад; это были первые вакуум­ные агрегаты, предназначенные для плавки стали.

    22.1. ВАКУУМНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ ПЕРЕПЛАВ

    Метод ВИП обеспечивает получение металла строго заданного состава,



    Рис. 22.1. Схема процессов электропереплава (а — вакуумно-дуговой; 6 — электрошлако­вый; в — электронно-лучевой; г —плазмен­ный с радиальным размещением плазматро-нов; д — плазменный с осевым размещением плазматронов):

    1 — источник питания; 2— слиток; 3— ванна рас­плава; 4— кристаллизатор; 5 —электрод (переплав­ляемая заготовка); 6— герметизированная камера; 7— шлаковая ванна; 8— шлаковая «рубашка» (при ЭШП); 9—фокусирующее устройство; 10— плаз-матрон
    очень чистого по содержанию газов, неметаллических включений, приме­сей цветных металлов. Недостаток ме­тода — контакт металла с футеровкой. В настоящее время ВИП используется как метод предварительной выплавки шихты в виде заготовки для других пе­реплавных процессов, для производ­ства сплавов ряда марок ответственно­го назначения и особо качественных отливок, в частности из жаропрочных сплавов для изготовления деталей ре­активных двигателей (например, ло­паток газовых турбин).

    В чистом виде «переплавными» процессами являются способы пере­плава: вакуумно-дуговой (ВДП), элек­трошлаковый (ЭШП), электронно-лу­чевой (ЭЛП), плазменно-дуговой (ПДП). Принципиальная схема пере­плавных процессов представлена на рис. 22.1.

    22.2. ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ ПЕРЕПЛАВ
    На схеме рис. 22.1, а показано, что под воздействием высоких температур, возникающих в зоне электрической дуги между переплавляемым электро­дом и поддоном кристаллизатора, ме­талл на нижнем торце электрода рас­плавляется и капли расплавленного металла падают в ванну, где под воз­действием охлаждения кристаллизато­ра формируется слиток. До начала операции печь вакуумируют (остаточ­ное давление обычно не более 1,33 Па); вакуумные насосы продол­жают работать в течение всей плавки. Таким образом, капли металла па­дают через вакуумированное про­странство; при этом обеспечивается очень полное очищение металла от га­зов, оксидных неметаллических вклю­чений (общее содержание кислорода снижается до очень низких пределов), от примесей некоторых цветных ме­таллов. В результате получается плот­ный слиток. Кристаллизация металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе (обычно медном) имеет четко направ­ленный характер, отвечающий на­правлению отвода тепла. В результате ВДП механические характеристики металла улучшаются до такой степени, что становятся почти одинаковыми в разных направлениях. В современных установках ВДП получают слитки мас­сой от нескольких сотен килограммов до 40-50 т.

    Достоинством способа ВДП явля­ется отсутствие контакта металла с огнеупорной футеровкой, недостат­ком — невозможность снижения со­держания серы из-за отсутствия шла­ковой фазы. Дуговая плавка отличает­ся высокой концентрацией тепла в дуге, поэтому ВДП получил широкое распространение при производстве слитков из тугоплавких металлов (ти­тана, циркония, ниобия, молибдена, вольфрама и др.). Переплав, в котором переплавляется электрод, называют ВДП с расходуемым электродом. Со-



    Рис. 22.2. Вакуумно-дуговая печь:

    У —механизм перемещения электрода; 2—вакуум­ная камера; 3 — механизм прижима электрода; 4 — направляющие кристаллизатора; 5 — кристаллиза­тор с поддоном; 6— механизм подъема кристаллиза­тора; 7—механизм разгрузки;


    Рис. 22.3. Вакуумная дуговая гарнисажная печь:

    1 — электрод; 2 — тигель; 3 — желоб; 4 — форма; 5 — стационарные заливочные камеры; 6— стол центро­бежной машины
    временная ВДП с расходуемым элект­родом приведена на рис. 22.2.

    В некоторых случаях изготовить расходуемый электрод невозможно (например, при переплаве титановой губки). В этих случаях губчатый или порошкообразный материал расплав­ляют, помещая его в зону дуги между постоянным (нерасходуемым) элект­родом и ванной. Такой метод называ­ют ВДП с нерасходуемым электродом. Полученный таким образом слиток обычно еще раз переплавляют мето­дом ВДП с расходуемым электродом. При ВДП с нерасходуемым электро­дом вместо кристаллизатора иногда устанавливают металлический водоох-лаждаемый тигель; во время плавки на стенках тигля образуется корочка пе­реплавляемого металла (гарнисаж) и расплав контактирует с гарнисажем из этого же металла. Печи такого типа называют гарнисажными.

    Вакуумные дуговые гарнисажные печи (ВДГП) используют также для фасонного литья отливок особо ответ­ственного назначения. На рис. 22.3 изображена схема современной гарни-сажной печи емкостью 0,6 т с разливкой металла по желобу. Плавильная поворотная камера соединена с двумя стационарными заливочными камера­ми с помощью патрубков и поворот­ных вакуумных уплотнителей. Нерас­ходуемые электроды обычно делают из вольфрама.

    22.3. ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ
    Принципиальная схема ЭШП пред­ставлена на рис. 22.1, б. Электричес­кая цепь между расходуемым электро­дом и наплавляемым слитком замыка­ется через слой расплавленного шлака (электрическая дуга отсутствует). Жидкий шлак электропроводен, но обладает высоким сопротивлением, поэтому он нагревается до температу­ры 1700—2000 ºС и погруженный в него конец расходуемого электрода оплавляется. В результате металл в виде капель проходит через слой шла­ка и застывает в ванне кристаллизато­ра в виде плотного слитка.

    Составы шлаков при ЭШП различ­ны; чаще всего используют шлак, со­стоящий из CaF2 с добавками СаО, А12О3, SiO2. Проходя через такой шлак, капли металла очищаются от серы; в них снижается содержание не­металлических включений, а в крис­таллизаторе образуется плотный каче­ственный слиток. Оборудование ЭШП проще и дешевле, чем при ВДП.

    Процесс ЭШП разработан в Инсти­туте электросварки им. Е. О. Патона АН Украины. Практическое распрост­ранение метода ЭШП началось с 1958 г. на металлургическом заводе «Днепроспецсталь». ЭШП получил большое распространение; появился специальный термин ЭШТ (электро­шлаковая технология), имеющий ряд разновидностей: электрошлаковое ли­тье (ЭШЛ), центробежное электро­шлаковое литье (ЦЭШЛ) и т . д.

    Существует два типа установок ЭШП: с расходуемым электродом и с нерасходуемым электродом. Суть про­цесса при этом остается неизменной: капли металла проходят через слой жидкого шлака (через шлаковую ван­ну). Нерасходуемые электроды, ис­пользуемые для поддержания требуе­мой температуры в шлаковой ванне, бывают графитовые или металличес­кие водоохлаждаемые. Проходя через слой жидкого шлака, капли металла попадают или в кристаллизатор, или в огнеупорный тигель. В последнем слу­чае плавка ведется в так называемых установках с керамическим тиглем. Для производства стальных слитков обычно используют процесс с расхо­дуемым электродом и охлаждаемым кристаллизатором.

    Расходуемые электроды получают, выплавляя предварительно металл нужного состава в обычном сталепла­вильном агрегате (чаще в дуговой ста­леплавильной печи) и разливая его на слитки или непрерывно-литую заго­товку. Для получения расходуемых электродов необходимых размеров (по сечению) слитки могут подвергаться прокатке или ковке. Получаемые ЭШП слитки имеют обычно развес до 5—6т. В отдельных случаях (напри­мер, при получении заготовок для последующего изготовления роторов турбин электростанций) отливаются ЭШП слитки массой 60т и более. В СССР была разработана специальная электрошлаковая технология, позво­ляющая отливать слитки массой до 300т. Большие слитки массой 200— 300 т (для роторов турбин, валов судо­вых двигателей и т. п.) выплавляют редко, и заводам нерационально иметь у себя крупные агрегаты для того, чтобы использовать их только несколько раз в году. Поэтому для производства сверхкрупных слитков Институтом им. Е. О. Патона совмест­но с рядом заводов создан способ, по­лучивший название порционной элект­рошлаковой отливки (ПЭШО). В отли­чие от обычного ЭШП, основанного на переплаве расходуемых электродов, способ ПЭШО предусматривает полу­чение слитков непосредственно из жидкого металла. В водоохлаждаемой изложнице с помощью нерасходуемых электродов расплавляется смесь шла-кообразующих компонентов. При этом в изложнице образуется слой жидкого шлака (шлаковая ванна), об­ладающий высокой рафинирующей способностью (рис. 22.4, а). Через слой шлака заливают первую порцию стали, полученной в печи, емкость ко­торой равна части емкости изложницы. В период заливки металла погру­женные в шлак электроды автомати­чески поднимаются (рис. 22.4, б).

    После заливки первой порции ме­талла ведут электрошлаковый обогрев зеркала металла. За счет подводимой мощности зеркало должно оставаться жидким по всему сечению изложни­цы. При этом залитый металл посте­пенно затвердевает в направлении снизу вверх, и к моменту заливки сле­дующей порции металла под слоем жидкого шлака остается небольшой объем жидкого металла (рис. 22,4, в). Металл следующей порции аналогич­ным образом заливают в изложницу, и он смешивается с остатком жидкого металла первой порции (рис. 22.4, г). Этот процесс повторяют несколько раз до заполнения всей изложницы. После заливки последней порции ме­талла постепенно снижают электри­ческую мощность, подводимую к шла­ковой ванне, с тем чтобы предотвра­тить образование усадочной раковины в головной части слитка (рис. 22.4, д). Интенсивная обработка металла ра­финирующим шлаком обеспечивает высокую чистоту металла слитка по сере и неметаллическим включениям. Направленная снизу вверх после­довательная кристаллизация металла в изложнице при постоянном наличии сравнительно небольшого объема жидкого металла и высокого градиен­та температур в металлической ванне ограничивает развитие в слитке зо­нальной ликвации и исключает обра­зование в нем дефектов усадочного и ликвационного происхождения.

    Преимуществом способа ПЭШО является также возможность получе­ния слитков практически неограни­ченной массы при наличии сталепла­вильного агрегата сравнительно малой емкости.

    Например, слиток массой 200т можно отлить способом последова­тельной заливки в изложницу четы­рех—шести плавок, полученных в ДСП (или ином агрегате) емкостью всего 35—50 т.

    Другим технологическим приемом, позволяющим получать высококаче­ственные крупные слитки, является технология, названная ЭШП с расходу­емым электродом, согласно которой у отлитого по обычной технологии крупного слитка удаляется осевая зона (здесь металл обычно поражен дефек­тами вследствие ликвации вредных примесей, неметаллических включе­ний, скопления газов и т. п.). Образо­вавшуюся таким образом полость в слитке с помощью ЭШП заполняют доброкачественным металлом.

    Разновидностью ЭШП является электрошлаковая отливка (ЭШО), для получения которой жидкий металл за­ливается в водоохлаждаемые кристал­лизаторы через слой жидкого шлака. Кристаллизация в этом случае проте­кает при электрошлаковом обогреве головной части слитков.

    Существует разновидность ЭШП, называемая электрошлаковое литье (ЭШЛ), в процессе которого проис­ходит электрошлаковое плавление расходуемого электрода, а переплав­ленный металл приобретает форму



    Рис. 22.4. Схема порционной электрошлаковой отливки
    внутренней поверхности кристалли­затора или формы. Сечение формы может быть переменным. При ЭШЛ широко используется прием заклад­ки деталей с последующим их приплавлением к основной части отлив­ки в процессе переплава расходуемо­го электрода. Таким образом, техни­ка ЭШЛ включает в себя элементы сварки.

    В отличие от ЭШЛ суть метода центробежного электрошлакового ли­тья (ЦЭШЛ) заключается в расплавле­нии и накоплении металла электро­шлаковым способом с последующей заливкой этого металла во вращающу­юся форму. Чистота металла, прошед­шего рафинирование жидким шла­ком, и своеобразные условия кристал­лизации этого металла во вращающей­ся форме обеспечивают высокое качество получаемых заготовок, что позволяет использовать их для изго­товления деталей самого ответствен­ного назначения.

    Успехи электрошлаковой техноло­гии вызвали к жизни многочислен­ные предложения об организации электрошлакового переплава куско­вых материалов (например, стружки), металлизованного сырья (например, металлизованных окатышей) и т. п. В этом направлении ведутся интенсив­ные исследования.

    Исследования ведутся также с це­лью разработки электрошлаковой тех­нологии получения ферросплавов (ферротитана, феррованадия). При этом в качестве сырья используются титановая и железная губки, пентаок-сид ванадия и т. п.

    Исследуется также возможность организации процесса дугового элект­рошлакового переплава (ДШП), при котором металл расходуемого элект­рода плавится за счет тепла электри­ческой дуги, горящей в промежутке электрод — поверхность жидкой шла­ковой ванны, а капли металла элект­рода, проходя через слой шлака, на­капливаются в нижней части кристал­лизатора и, затвердевая, образуют од­нородный слиток.

    Недостатком ЭШП является невоз­можность организовать в открытом аг­регате удаление водорода. В связи с этим широкое распространение полу­чили дуплекс-процессы ВИП—ЭШП и ЭШП-ВДП.

    ВДП и ЭШП — основные пере­плавные процессы, с помощью кото­рых в промышленно развитых странах ежегодно переплавляют десятки и сот­ни тысяч тонн высококачественной стали и сплавов. Во многих случаях металл переплавляют дважды и триж­ды: ВИП-ВДП, ЭШП-ВДП, ВИП-ЭШП-ВДП и т. п.

    22.4. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ И ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ПЕРЕПЛАВЫ
    Этими способами переплава пока пользуются в ограниченных масшта­бах и применяют их для производства в небольших количествах особо чис­тых сплавов. Не используется пока еще широко и метод получения спла­вов плавкой во взвешенном состоя­нии.

    22.5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПЕРЕПЛАВНЫХ ПРОЦЕССОВ
    Организация переплавных процессов предусматривает стадии предвари­тельной выплавки металла в другом сталеплавильном агрегате, разливки и последующей подготовки слитка или заготовки (обрезка, удаление поверх­ностных дефектов, зачистка или трав­ление и т. п.) для способов переплава. Все это сопряжено с уменьшением сквозного выхода годного металла и с существенными дополнительными затратами, которые лишь в особых случаях являются действительно оп­равданными.

    В настоящее время новые методы внепечной обработки жидкой стали обеспечивают весьма глубокое рафи­нирование металла, а установки не­прерывной разливки — благоприят­ные условия кристаллизации. Поэто­му более дорогие методы переплава используются лишь тогда, когда к ка­честву металла предъявляются особые требования.

    1   ...   51   52   53   54   55   56   57   58   ...   88


    написать администратору сайта