Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

каемая температура нагрева динасовогокирпича, из которого вы­ кладывается свод, не превышает 1680—1700°, что ограничивает воз­ можность повышения тепловых нагрузок печи. Поэтому в послед­ нее время все чаще свод выкладывают из термостойкого хромомаг­ незитового кирпича, выдерживающего нагрев до 1800° и выше. Для сохранения прочности при высоких температурах хромомагнези­ товый свод делается подвесным: блоки кирпичей подвешиваются на тягах к поперечным балкам свода. Средняя стойкость динасово­ го свода 200—250 плавок, а основного — 500 и более. Выплавка стали при этом увеличивается на 8—10%.

Рис. 27. Схема двухванной (двухподовой) мартеновской печи

Значительные перспективы имеет широкое применение кисло­ рода, подаваемого в факел пламени, а также непосредственно в жидкий металл, находящийся в ванне. Расход топлива на тонну стали снижается при этом на 5— 10% и более, выплавка стали уве­ личивается на 20—30%. Кроме того, при сжигании топлива в возду­ хе, обогащенном кислородом, повышается температура горения, а также улучшается использование тепла в рабочем пространстве.

Проекты новых многотонных мартеновских печей предусматри­ вают комбинированный способ использования кислорода: печи обо­ рудуются фурмами для вдувания кислорода в металлическую ван­ ну и горелками для ввода кислорода в факел пламени. Этот способ дает значительный производственный и экономический эффект: производительность печи увеличивается на 33%; расход условного топлива снижается на 28% при расходе кислорода 35 м3 на 1 т стали.

Использование кислорода в мартеновском производстве при­ вело к идее создания двухванной печи (рис. 27) с целью более пол­ ного использования тепла отходящих газов. Такие печи, сохраняя все конструктивные особенности, присущие обычным мартеновским печам, имеют две ванны для металла. Если в левой из них, как по­ казано на схеме, заканчивается период продувки металла кислоро­ дом через трубку 1, то в правой содержащаяся в продуктах сгора­ ния (двигающихся слева направо) окись углерода СО при введении по трубке 2 кислорода дожигается в СОг. За счет выде­ ляющегося при этом тепла подогревается скрап 3, загруженный в правую ванну, и происходит начальная стадия плавления шихты.

57

При переключении клапанов горючий газ и воздух начнут посту­ пать в правую головку печи (продукты сгорания пойдут справа палево).

В ванну II заливается жидкий чугун и начинается продувка кислородом. А в это время в печи / производится завалка твердой шихты и прогрев ее дожигаемой окисью углерода. В дальнейшем подобные процессы чередуются. Это приводит к значительному по­ вышению производительности двухподовой мартеновской печи по сравнению с одноподовой, имеющей такую же емкость.

Большие перспективы имеет испарительное охлаждение марте­ новских печей, при котором в 4—5 раз увеличивается срок службы кессонов, рам и других частей сталеплавильных агрегатов и значи­ тельно сокращаются расходы на ремонт. Кроме того, расход воды сокращается в 50—60 раз и отпадает необходимость в специальных сооружениях для охлаждения воды.

§ 3. Выплавка стали в электропечах

Преимущества электроплавки. Электроплавка — наиболее со­ вершенный способ получения литой стали. Быстрый подъем и точ­ ное регулирование температуры, высокий нагрев и возможность создания окислительной и восстановительной атмосферы в пла­ вильном пространстве — все это позволяет выплавлять сталь точ­ ного химического состава, с особыми физическими и химическими свойствами.

Возможность получения высоких температур допускает при­ менение сильно известковых шлаков, которые способствуют почти полному удалению из металла серы и фосфора. В атмосфере элек­ тропечи мало кислорода, что позволяет легко вести восстановитель­ ный процесс раскисления и получать сталь, свободную от вредной закиси-железа. ЭлектроплаЕка дает возможность получения высо­ кокачественных сталей, содержащих такие тугоплавкие элементы, как вольфрам, ванадий, молибден, расплавление которых в других печах затруднительно.

В настоящее время большинство сортов специальных сталей выплавляется в электропечах. В текущей пятилетке будет продол­ жаться повышение удельного веса производства электростали.

Работа электропечей. Электропечи могут работать как на жид­ кой, так и па твердой шихте. Работа на твердой шихте (лом, струж­

тропечи аналогичен мартеновскому процессу. По мере расплавле­ ния металла происходит окисление железа и содержащихся в нем примесей. В качестве окислителей добавляют железную руду и окалину. После окисления примесей образуются разные химиче­ ские соединения, которые переходят в шлак. В качестве щлакооб-

58

разующих материалов в печь вводят известь или известняк и пла­ виковый шпат — флюорит CaF2 {Тпл= 1378°).

Современные электрические печи для выплавки стали можно разделить на две группы — дуговые и индукционные.

имеют меньшее электросопротивление, чем угольные, и поэтому их применение в печах более целесообразно. Емкость электропечей колеблется от 250 кг до 200 т.

Индукционные печи позволяют получать более чистый металл, чем при плавке в дуговых печах. Принцип их работы основан на выделении тепла при прохождении тока через проводник. Таким проводником является сама металлическая шихта. Преимуществен­ ное распространение получили бессердечпиковые печи, часто называемые высокочастотными

(рис. 29).

Через индуктор 1, представ­ ляющий собой обмотку из медной трубки, охлаждаемой внутри во­ дой, пропускается ток, возбужда­ ющий в окружающем простран­ стве. переменное магнитное поле. Это магнитное поле возбуждает индукционные токи в металле 3, заключенном в ванну 2. Под влия­ нием наведенных токов металл прогревается. Емкость высокочас­ тотной печи от 50 кг до 60 т. Печи

59

промышленного типа питаются переменным током от мотор-генера­ торов, работающих на частоте 500—2500 гц. Применяются также ламповые и искровые генераторы.

Индукционные печи удобны тем, что не требуют электродов, благодаря чему предотвращается опасность науглероживания ме­ талла и упрощается управление печью. Кроме того, под действием магнитного потока (магнитных силовых линий) усиливается цир­ куляция металла, что очень важно для ускорения химических ре­ акций и получения однородного металла.

Получение стали в электропечах. В зависимости от футеровки различают кислые и основные электропечи. Собственно все виды передела чугуна на жидкую сталь являются процессами рафиниро­ вания, заключающимися в том, что находящиеся в чугуне в качест­ ве примесей элементы (углерод, кремний, марганец и др.) подвер­ гаются окислению кислородом воздуха или соединениями, легко отдающими кислород. При этом получаются газообразные или жид­ кие окислы, не растворяющиеся в металле или растворяющиеся в очень ограниченном количестве. Газообразные соединения уходят в атмосферу, а жидкие образуют шлаки, всплывающие благодаря меньшему удельному весу на поверхность металла и таким образом отделяющиеся от него.

При кислом процессе нельзя удалить серу и фосфор (требуют­ ся чистые исходные материалы). В основных электропечах эти эле­ менты удаляются легко, поэтому основные печи применяются для получения высококачественных сорто^ стали. Кислые же печи при­ меняются главным образом для получения стальных фасонных от­ ливок.

Плавка в основной электропечи начинается 'с расплавления на­ груженного скрапа и чугуна. По ходу выгорания примесей различа­ ют несколько вариантов плавки: 1) с полным окислением; 2) с ча­ стичным окислением; 3) без окисления.

Плавка с полным окислением применяется, когда в шихте со­ держится значительное количество фосфора и других примесей. В этих условиях примеси не успевают выгореть за время расплав­ ления и для ускорения процесса окисления в ванну добавляют же­ лезную или марганцевую руду. Введение марганцевой руды предох­ раняет ванну от перенасыщения окислами железа. МпОг разлагает­ ся с образованием Мп30 4, которая при соединении с углеродом дает СО по реакции

Мп30 4 + 4С ЗМп + 4СО.

Вследствие выделения СО ванна «кипит». Процесс получения стали распадается на несколько периодов.

В течение окислительного периода (кипа) происходит удале­ ние из металла фосфора и значительной части газов (поглощаемых металлом во время расплавления). В процессе расплавления про­ исходит окисление фосфора с образованием (Са0 ) 4 -Р 20 5 . Одно­ временно идет окисление Мп, Si, С. Продукты окисления примесей образуют шлак. После образования шлака берут пробу металлаі

60

если в пробе окажется значительное количество фосфора, то шлак «скачивают». Скачивание (дефосфация) необходимо для предупре­ ждения перехода фосфора обратно в металл. Когда металл ока­ жется достаточно чистым по содержанию фосфора, удалением «чер­ ного» шлака заканчивается окислительный период плавки.

После этого начинается восстановительный период, во время которого, кроме раскисления металла, производят десульфурацию и доводят химический состав стали до заданного. При плавке Q.пол­ ным окислением окисляется значительное количество углерода, и содержание его в металле понижается. Для повышения содержа­ ния углерода до нужного предела ванну науглероживают (на по­ верхность металла забрасывают куски малосернистого кокса, бой электродов и т. д.). Одна часть углерода идет на восстановление растворенной в металле FeO, а другая расплавляется в металле.

При дуговой электроплавке в отличие от мартеновской и кон­ верторной раскисление ванны производится не столько за счет при­ садки раскислителей, сколько за счет раскислительного шлака. Раз­

FeS + С + CaO = CaS + СО -+- Fe; MnS + C + CaO = CaS + CO-j-Mn.

CaS, образуемый в ходе этих реакций, нерастворим в металле и уходит в шлак.

Доводка и окончание плавки заключается в присадке в печь небольшого количества раскислителей — ферросилиция и алюми­ ния. Легирующими примесями являіртся Ni, Mo, Cr, W, V. Никель и молибден окисляются в меньшей степени и вводятся до полного раскисления ванны, хром и вольфрам — в уже раскисленную ванну, а ванадий — перед выпуском металла.

Плавка с полным окислением производится только для получе­ ния стали с малым содержанием углерода.

Для получения фасонного литья чаще применяют плавку с ча­ стичным окислением. Единственным источником кислорода при та­ кой плавке служат ржавчина или окалина железного лома и про­ никающий в печь воздух. Применяется этот способ, когда содержа­ ние фосфора в шихте лишь незначительно выше допустимого в го­ товом металле, так что для окисления фосфора достаточно тех окислов железа, которые имеются в ванне после расплавления. При частичном окислении выгорает лишь кремний, а 'фосфор, марганец и углерод в большей или меньшей степени остаются в металле.

Плавка без окисления производится при восстановительном режиме на чистом по сере и фосфору и незаржавленном ломе. Это по существу переплавка чистого скрапа, и ведется она главным об­ разом при наличии в скрапе хрома, вольфрама и других ценных при­ месей для получения соответствующих сталей. Руды при этом в ванну не подают и шлака не спускают.

61