Файл: Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов.pdf

рода в ванну. Чистое кипение способствует очистке стали от раство­ ренных газов и неметаллических включений. Период чистого кипения наиболее ответственный, поэтому в этот период плавки периоди­ чески контролируют состав стали и шлака.

После получения в стали заданного количества углерода про­ изводят п р е д в а р и т е л ь н о е р а с к и с л е н и е силгщомарганцем, силпкошпигелем и доменным ферросилицием. Через 5—10 мин приступают к окончательному раскислению и доведению стали до заданного химического состава. При выплавке легирован­ ных сталей добавки в виде ферросплавов вводят в печь в разное время: никель — в начале плацки вместе с завалкой, хром — после предварительного раскисления, молибден — в период дефосфорации

выпуска стали в ковш или на желобе мелкораздробленным ферро­ силицием ФС45 или ФС75. Для раскисления в ковш вводят 0,8—1 кг алюминия на 1 т стали.

Интенсификация мартеновского процесса кислородом. Основным преимуществом применения кислорода в мартеновских печах явля­ ется повышение производительности печей и снижение расхода топлива на 1 т стали, а также уменьшение количества продуктов горения.

Интенсификацию мартеновского процесса осуществляют сле­ дующими способами: газификацией топлива дутьем, обогащенным кислородом; подачей кислорода для обогащения воздуха горения; расплавлением заваленного в печь скрапа кислородной струей и прямым окислением примесей ванны.

Существует несколько способов подачи кислорода для обога­ щения воздуха. Наиболее распространен способ подачи кислорода непосредственно в головки мартеновской печи. В печах с газовым отоплением кислород вводят в газовую струю на выходе, последней из газового канала в печь. Расход кислорода при обогащении воз­ духа в печах, отапливаемых жидким топливом, колеблется в преде­ лах 15—25 м3/т, а в газовых печах составляет 35 м3/т. Воздух обо­ гащают кислородом главным образом в период завалки и расплав­ ления. Производительность печи при этом увеличивается на 10—12%.

Для ускорения процесса расплавления вводят струю чистого кислорода на скрап, заваленный в печь. Плавить скрап кислород­ ной струей необходимо после нагрева его до 1400° С. Для ускорения процесса окисления углерода применяют метод окисления металла •• чистым кислородом, вводимым непосредственно в ванну. При таком прямом окислении металла кислородом значительно лучше уда­ ляются фосфор и сера.

Прямое окисление кислородом осуществляют при помощи тру­ бок или специальных сопл с водяным охлаждением, которые уста­ навливают в передней или задней стенках, а иногда в своде печи. Удельный расход кислорода при прямом окислении углерода ванны

2,5—5,0 м3/т.

365

Кислый мартеновский процесс обычно используют для выплавки высококачественных сталей. Окислительная способность шлака в кислом мартеновском процессе ниже, чем в основном, соответствен­ но ниже концентрации кислорода в сплаве. При плавке высокока­ чественных сталей применяют чистые по сере и фосфору исходные шихтовые материалы и топливо с минимальным содержанием серы.

Используют два варианта кислого мартеновского процесса: кремиевосстановительный (пассивный) и с ограниченным восстанов­ лением кремния (активный).

При кремневосстановительной кислой мартеновской плавке процесс ведут так, что кремний восстанавливается из шлака и материала пода печи. Количества восстановившегося кремния достаточно для получения спокойной стали без введения дополни­ тельных раскислителей.

При процессе с ограниченным восстановлением кремния в печь вводят железную руду или окалину для повышения окислитель­ ной способности шлака и понижения его температуры. Это способ­ ствует уменьшению восстанавливаемого кремния до 0,1—0,12%. Наряду с железной рудой или окалиной применяют также добавку в шлак извести, которая снижает в нем концентрацию кремния.

§2. ПЛАВКА В ОСНОВНЫХ И КИСЛЫХ ДУГОВЫХ

ИИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ

Особенности плавки в дуговых печах. Главными особенностями электродуговой плавки являются следующие: возможность полу­ чения в плавильном пространстве печи восстановительной атмо­ сферы; более горячий шлак, разогреваемый дугами, позволяет получать жидкие, высокоактивные шлаки с содержанием FeO в 10 раз меньшим, чем в мартеновском процессе; отсутствие в атмо­ сфере печи кислорода и, как следствие, ведение окислительных процессов только за счет железной руды или вдуваемого в ванну кислорода, меньший угар элементов.

Однако в зоне горения дуги больше вероятность образования активного азота, который может растворяться в жидкой стали.

иболее высокие температуры перегрева стали способствуют пони­ жению содержания серы в стали.

Плавку в дуговых печах применяют при изготовлении мелких

исредних стальных отливок. Ёмкость садки печей в цехах фасонного стального литья колеблется от 0,5 до 10 т, а на заводах тяжелого машиностроения до 30 т. Выбор процесса плавки зависит от сорта стали и требуемой чистоты ее по сере и фосфору.

Печи с основной футеровкой применяют при изготовлении отли­ вок ответственного назначения из высокопрочной конструкционной легированной или жаропрочной стали. В них можно получить

366

I

сталь с низким содержанием серы и фосфора. Плавку стали в печах с кислой футеровкой производят только на чистых по содержанию серы и фосфора шихтовых материалах.

Наиболее простым и удобным в обслуживании сталеплавильным агрегатом является кислая дуговая электропечь. При кислом про­ цессе электроплавки достигается большая стойкость футеровки, снижается ее стоимость, уменьшаются расход электроэнергии и продолжительность плавки, сталь лучше раскисляется. Поэтому кислый процесс электродуговой плавки в литейных цехах применяют чаще основного.

Плавка в кислых дуговых печах. При кислом процессе футеровку печи выполняют из динасового или хромомагнезитового кирпича, иногда применяют металлический водоохлаждаемый свод.

Подготовка печи к плавке состоит в очистке печи от остатков шлака и металла предыдущей плавки, заправке пода, откосов и стен новыми материалами. Для заправки применяют кварцевый песок, содержащий не менее 96% SiOa и не более 1% примесей.

Шихту загружают в следующем порядке: на под — половину мелкой шихты, в зону действия электродов — среднюю и крупную шихту, сверху ее засыпают остатками мелкой шихты. Содержание углерода в шихте должно быть на 0,2—0,3% выше нижнего предела в готовой стали. Количество кремния и марганца берется таким, чтобы после расплавления в стали было 0,03—0,1% Si и 0,12—0,2% Мп.

Главная особенность кислого процесса электроплавки состоит в том, что плавка ведется под кислым шлаком, содержащим до 65% кремнезема. Под таким шлаком фосфор и сера не удаляются, поэтому содержание серы и фосфора в шихте должно быть мини­ мальным — ниже на 0,01 % пределов, допускаемых в отливках.

После расплавления определенного количества шихты, кото­ рое проводят максимально быстро, наводят оборотный шлак от предыдущей плавки, состоящий из 38—45% Si02, 22—28% FeO, 0,18—26% МпО и 6—7% CaO.

Окисление углерода и других примесей, происходящее в период кипения ванны, уменьшает содержание углерода на 0,15—0,2% за 25—30 мин кипения ванны. Для предупреждения восстановления кремния в период кипения в шлак добавляют известняк, понижаю­ щий концентрацию Si02 в шлаке.

После получения шлака светло-зеленого, дымчатого или светлоголубого цвета приступают к раскислению стали. Предварительное раскисление производят ферросилицием или силикомарганцем, а окончательное — присадкой алюминия в ковш при выпуске стали.

Плавка в основных дуговых печах. При основном процессе футеровку в печи делают из специального электрометаллургического магнезита, наваренного на магнезитовый кирпич, который уклады­ вают на слой теплоизоляционного кирпича. Плавку в печах с ос­ новной футеровкой'можно производить двумя способами: с окисле­ нием или без окисления. Плавку с окислением металла производят

367

при использовании шихты, химический состав которой неизвестен, или шихты, засоренной фосфором, а также при выплавке низко­ углеродистых сталей. Особенность этого способа состоит в наличии периода кипения ванны, происходящего вследствие окисления

дующие этапы: заправку печи, загрузку шихты, плавление, дефосфорацню, кипение, скачивание кислого шлака, науглероживание, раскисление, обессеривание и доводку. Этапы дефосфорацни, кипе­ ния и скачивания шлака составляют окислительный период плавки, этапы науглероживания, раскисления, обессеривания и доводки — восстановительный период плавки.

В окислительный период плавки окислительный шлак наводят за 30—60 мин до полного расплавления шихты, для чего вводят железную руду, обожженную известь и плавиковый шпат. Затем

впечь загружают железную руду и известь. После их расплавления

ивзаимодействия с металлом 60—70% шлака скачивают и вновь наводят шлак, повторяя операцию до 3 раз. В результате содержание фосфора в стали понижается до 0,01%. После дефосфорацни начи­ нается период кипения стали, обезуглероживания. Периодической присадкой прокаленной руды в ванну поддерживают ее кипение; затем одновременным повышением температуры и уменьшением подачи руды переводят ванну в режим чистого кипения (т. е. за счет кислорода, содержащегося в ванне). Перед чистым кипением ска­ чивают окислительный шлак. К концу окислительного периода содержание углерода в стали должно быть на 0,02—0,03% меньше нижнего предела в готовой стали, а содержание фосфора не более

0,015%.

Восстановительный период плавки является наиболее ответст­ венным. В этот период плавку можно вести различными способами, которые отличаются характером физико-химических процессов взаимодействия между расплавом и шлаком. При выплавке стали для отливок чаще всего используют вариант плавки под белым шлаком с раскислением стали ферросплавами в начале восстановительного периода. Белый шлак имеет состав: 60—65% СаО, 14—16% SiO,, 10—12% МпО; 5—10% CaF,, 2,5—4,0% А1а0 3 и до 1,5% FeO.

Белый шлак наводят следующим образом: после скачивания окислительного шлака в сталь вводят ферромарганец для доведе­ ния содержания марганца в требуемых пределах, затем на зеркало расплава загружают смесь из 80% извести и 20% плавикового шпата, в количестве от 1,5 до 3% массы расплава. После образования жидкого шлака наводят белый шлак из извести, плавикового шпата и пылевидного кокса в соотношении 8 : 2 :_1. Как только шлак станет светлым, в смесь, подаваемую в печь, добавляют поро­ шок ферросилиция, а количество кокса уменьшают. До конца плавки белый шлак поддерживают подачей в печь восстановительной смеси из извести, молотого ферросилиция, кокса и плавикового шпа­

368

та. Сталь выдерживают под белым шлаком около 1 ч. Количество углерода в стали при этом увеличивается на 0,02—0,04 %. Поскольку в белом шлаке содержится немного окислов железа и марганца, то они переходят из металла в шлак.

Белый шлак можно получать двумя способами: 1) раскислением шлака вначале углеродом, а затем кремнием; 2) раскислением кремнием с самого начала восстановительного периода плавки. Первый способ применяют при выплавке низкоуглеродпстых сталей, конструкционных сталей и легированных, содержащих более 0,15% С; второй — при выплавке нержавеющих и высоколегиро­ ванных сталей, содержащих до 0,15% С.

Плавка стали в индукционных печах. Особенностями процесса плавки в тигельных индукционных печах являются следующие: возможность плавки в любой атмосфере, состав которой можно контролировать; отсутствие электрической дуги или иного тепло­ носителя, способного науглероживать металл или насыщать его газами; непрерывное перемешивание ванны жидкого металла, что выравнивает химический состав, облегчает дегазацию и всплывание неметаллических включений; малая интенсивность взаимодействия шлаков с ванной металла, в результате ограниченные возможности управления процессом плавки с помощью регулирования состава шлаков; высокие температуры, легкость регулирования темпера­ турного режима плавки.

Эти особенности наиболее полно можно использовать при плавке легированных специальных сортов стали для отливок ответственного назначения. Поэтому индукционная тигельная плавка находит широкое применение именно в этой области.

Индукционные печи могут иметь основную и кислую футеровку. Печи с основной футеровкой используют для плавки высоколеги­ рованных сталей с повышенным содержанием марганца, титана, алюминия.

В индукционных тигельных печах процесс плавки протекает в условиях недостатка кислорода, окислительные процессы плавки затруднены, поэтому при выборе шихты исходят из того, что плавка будет сводиться к переплаву шихты.

Шихтовые материалы в печь загружают так, чтобы пространство между кусками было минимальным. Крупные куски укладывают ближе к стенкам тигля, а мелкие — в среднюю часть. Наиболее тугоплавкие составляющие шихты укладывают в нижнюю часть тигля.

Во время плавки шихту периодически осаживают, повышая плотность укладки нерасплавившихся кусков. После расплавления шихты наводят шлак. Шлак защищает металл от окисления, сни­ жает угар элементов. При кислом процессе шлак наводят из смеси шамота и стекла, а при основном из 70% обожженной извести, 20% плавикового шпата и 10% магнезитового порошка. Легирующие элементы (ферромолибден, никель, медь) вводят в печь одновременно с шихтой. Другие легирующие добавки вводят в такой последова­

369