Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

Кислород широко используется при выплавке в кислых электро­ печах нержавеющей стали. Шихта состоит из отходов нержавеющей

и малоуглеродистой стали, а также коксика. Содержание углерода

вметалле по расплавлении иногда составляет 0,5%. После распла­ вления и нагрева металла до 1600—1650° С ванну начинают продувать кислородом. Окисление хрома начинается после того, как содержание

углерода понизится до 0,2—-0,3%. В дальнейшем одновременно

сокислением углерода окисляется хром. Чем ниже конечное содержа­ ние углерода в металле, тем больше окисляется хрома. Например, при окислении углерода с 0,3 до 0,05% содержание хрома снижается

с15 до 8%.

В конце продувки в шлаке содержится 25—35% Сг20 3, около 40% S i0 2 и 10% FeO. Шлак можно раскислить молотым ферросили­ цием, что обеспечивает восстановление значительного количества хрома. Однако в этом случае заметно возрастает содержание крем­ ния в металле, иногда выше заданного. Поэтому чаще всего шлак не раскисляют. После достижения необходимого содержания угле­ рода металл раскисляют и легируют присадками феррохрома, и после его расплавления металл выпускают.

Г Л А В А XXV

ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ1

1. ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ОТКРЫТЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ

При выплавке стали в кислой индукционной печи шихту необ­ ходимо составлять из чистых неокисленных материалов с минималь­ ным содержанием серы и фосфора. При выплавке стали в основных индукционных печах требования по содержанию в шихте серы и фосфора менее жесткие, так как в этих печах, хотя и ограничено, все же можно провести процессы дефосфорации и десульфурации.

Продолжительность плавки в индукционных печах небольшая, и времени на проведение химического анализа металла практически нет. Поэтому шихту можно составлять только при точном знании химического состава компонентов с условием их точного взвешивания. Продолжительность расплавления шихты в решающей степени зависит от компактности укладки шихты. Необходимо иметь в виду, что ток индуцируется преимущественно у стенок тигля. Для предо­ хранения тигля от ударов крупными кусками на дно целесообразно укладывать часть мелкой шихты, лучше стружку в количестве около 4%, поверх нее ферросплавы и затем крупную шихту. Крупные куски загружают по периферии тигля. Достаточно компактная загрузка обеспечивается при содержании мелочи в шихте около 15%.

При проведении плавки в основных тиглях на мелкую шихту, загружаемую на дно тигля, засыпают около 5% извести. Особенно

3 1 6

рациональная система загрузки в большие печи может быть достиг­ нута при использовании бадьи.

После включения печи первые 6—8 мин до момента прекращения толчков тока подводят пониженную мощность. Затем подводимую мощность постепенно увеличивают и остальное время расплавления печь работает на максимальной мощности. По мере оседания шихты производят догрузку печи. Целесообразно загружаемые куски шихты предварительно несколько нагреть над тиглем. Загрузка холодных кусков шихты в жидкую ванну может привести к выпле­ скам и выбросам металла и образованию мостов.

При появлении видимых участков жидкого металла в тигель вводят шлаковую смесь. Наводимый в печи шлак уменьшает оки­ сление элементов и поглощение жидким металлом газов из атмосферы. Для образования шлака в кислой печи шлаковую смесь составляют из 10% молотого стекла, 65% шамота и 25% извести или из формо­ вочной земли, извести и плавикового шпата. При выплавке в основ­ ном тигле шлаковую смесь составляют из 60—65% извести, 15—20% магнезита и 20—25% плавикового шпата.

После расплавления основной массы шихты (80—95%) отбирают пробу металла на химический анализ. В процессе плавления шихты в основном тигле происходит частичная дефосфорация металла. Для предотвращения восстановления фосфора из шлака по расплавле­ нии его необходимо удалить из тигля и навести новый.

После полного расплавления шихты подводимую мощность сни­ жают до 30—40% от максимальной мощности генератора, стараясь не допустить перегрева. После получения анализа металла присту­ пают к раскислению и легированию. Окислительные процессы, как правило, в индукционной печи не проводят. Однако при необходи­ мости, особенно в основной печи, можно окислить примеси металла путем присадок железной руды или окалины. В связи с сильным развитием конвективных потоков, вызываемых наведенными индук­ ционными токами, окисление примесей идет интенсивно. Однако при присадке большой порции окислителя металл может вспениться и залить «воротник» печи. Поэтому окислители необходимо приса­ живать небольшими порциями.

В отдельных случаях при выплавке высококачественных сталей применяют диффузионное раскисление шлака смесью, состоящей из извести и молотого ферросилиция или порошкообразного алюминия. Применяют также боркальк, который готовят следующим образом. В гашеную известь добавляют порошкообразный алюминий, смесь тщательно перемешивают и затем прокаливают при температуре около 600° С.

Ферросплавы при выплавке стали в индукционных печах приса­ живают обычно в следующем порядке. Основное количество ферро­ вольфрама, феррохрома и ферромолибдена вносят в завалку. Для корректировки эти сплавы загружают в тигель не позднее, чем за 20 мин до выпуска, что обеспечивает их расплавление и равномерное распределение легирующего элемента по объему металла. Феррова­ надий, ферромарганец и ферросилиций присаживают за 7—10 мин

317

до выпуска. Причем феррованадий с целью уменьшения угара при­ саживают в последнюю очередь. Алюминий вводят в металл обычно непосредственно перед выпуском. Угар легирующих элементов зависит от состава стали и метода их введения. При описанной выше технологии легирования и раскисления металла угар вольфрама составляет около 2%, марганца, хрома и ванадия 5—10%, крем­ ния 10—15%.

В связи с возможностью использования в шихте большого коли­ чества отходов стали выплавляемой марки или близких по составу к ней, незначительным угаром легирующих элементов, небольшими потерями со шлаком и малой длительностью плавки индукционные печи являются экономичными сталеплавильными агрегатами.

Скорость плавления шихты в индукционной печи зависит от ее емкости и мощности установленного генератора. В 1-т печи, обору­ дованной генератором мощностью 600 кВт, она составляет около 1 т/ч. Расход электроэнергии при выплавке стали в промышленных

Вакуумные индукционные печи могут быть периодического и

.полунепрерывного действия. Наиболее удобен последний тип печи. Полный цикл плавки в вакуумной индукционной печи складывается из следующих периодов: 1) загрузка шихты; 2) откачка печи до рабочего давления (если печь периодического действия или прово­ дится первая плавка в печи полунепрерывного действия); 3) распла­ вление; 4) доводка и рафинирование металла; 5) выпуск; 6) чистка тигля. Продолжительность плавки в 0,5-т вакуумной печи соста­ вляет 3 ч 25 мин при следующей продолжительности отдельных периодов: загрузка 5 мин, откачке 8 мин, расплавление 2 ч 30 мин, рафинирование и доводка 35 мин, выпуск 4 мин, чистка тигля 3 мин.

Загрузка шихты. При выплавке стали в вакуумных индукцион­ ных печах особо высокие требования предъявляют к чистоте поверх­ ности кусков шихты. Для удаления окалины с поверхности кусков их подвергают дробеструйной очистке или очистке во вращающихся барабанах (процесс «светления» шихты). Шихта должна быть строго известного состава. Поэтому для переплава в вакуумных печах применяют специально приготовленную заготовку или крупногаба­ ритные отходы прокатных цехов и собственные отходы. Загрузка печи осуществляется с помощью корзины. Ферросплавы, загружае­ мые вместе с шихтой, необходимо прокаливать для уменьшения ко­ личества адсорбированных на их поверхности газов и влаги. Шихту загружают так, чтобы избежать зависания. Контейнер с шихтой в печи полунепрерывного действия помещается в камеру, отсекае­ мую от основной камеры, где находится тигель, заслонкой (рис. 41). Контейнер изготавливают из мягкого железа, и его массу принимают во внимание при расчете шихты.

• 3 1 8

Расплавление. Печи периодического действия после загрузки шихты закрывают и включают систему откачивания. При достиже­ нии разрежения в несколько миллиметров ртутного столба включают ток. В печах полунепрерывного действия ток включают сразу после загрузки шихты. Необходимо иметь в виду, что при быстром плавле­ нии углеродистого металла в вакууме в связи с бурным характером газовыделения возможны выбросы металла и образование вокруг тигля труднорасплавляемого воротника.

При бурном закипании металла необходимо снизить подводимую мощность, а в печах небольшой емкости в момент бурного закипания в систему вводят аргон до давления (6,7- 103ч-1,3• 104 И/м2) (50—• 100 мм рт. ст.). После успокоения ванны и расплавления всей садки давление в печи снижают до рабочего. Период плавления занимает до 75% всего времени плавки в вакуумной индуционной печи. Для сокращения этого периода иногда в тигель заливают жидкий полу­ продукт, полученный в другом сталеплавильном агрегате, например открытой дуговой электропечи. Таким способом, например, работают вакуумные индукционные печи емкостью 10—13 т на заводе фирмы «Латроб стил» в США. Перед заливкой полупродукта тигель нагре­ вают газовыми горелками до температуры примерно 700° С, затем печь закрывают и откачивают до давления 200—270 Н/'м2 (1,5— 2 мм рт. ст.). Металл к печи подается в 20-т ковше и заливается через воронку, снабженную затвором. Во время слива жидкий металл в воронке создает своеобразный ферростатический затвор. Гермитизация печи не нарушается. После слива металла закрывают за­ твор, и на воронке устанавливают дозатор. Продолжительность плавки на жидком полупродукте составляет 1,5—3 ч вместо б—8 ч на твердой шихте.

Доводка металла. В вакуумной индукционной печи можно про­ вести десульфурацию металла. С этой целью во время завалки на дно тигля необходимо загрузить шлакообразующую смесь, напри­ мер, из 90% извести и 10% плавикового шпата. Десульфурация происходит во время расплавления, и уже через 2—5 мин после расплавления шихты степень десульфурации может достигнуть

что глубокое раскисление металла осуществляется за счет углерода. Образующаяся окись углерода легко удаляется из металла. По­ этому металл не загрязняется продуктами раскисления. При вы­ плавке безуглеродистых сплавов, например на никелевой основе, безуглеродистой нержавеющей стали и т. д. для раскисления ме­ талла углеродом присаживают графит, чугун, углеродистый ферро­ хром и пр. Раскисление металла углеродом в вакуумных печах начинается в период плавления. Особенно интенсивно этот процесс идет в первой половине плавления, когда пузыри окиси углерода зарождаются на кусках нерасплавившейся шихты.

Длительность выдержки металла в вакууме зависит от состава выплавляемого металла, глубины вакуума и принятой технологии

319

Выплавки. Удлинение выдержки, с одной стороны, способствует глубокой дегазации и раскислению металла, а также удалению летучих компонентов (Pb, Sn, As и т. д.), с другой стороны, взаимо­ действие металла с футеровкой тигля приводит к загрязнению его неметаллическими включениями и восстанавливаемыми из футеровки элементами, как например бором, алюминием, кремнием и т. д. Оптимальная длительность выдержки в вакуумных печах малой емкости составляет 20—30 мин. Процессу дегазации металла способ­ ствует продувка его аргоном.

Важным моментом получения качественного металла является правильный выбор порядка присадок легирующих элементов. Фер­ ровольфрам, ферросилиций и молибден загружают обычно с шихтой

вконтейнер. После расплавления и раскисления металла углеродом

вванну присаживают феррохром и феррованадий. Затем вводят алю­ миний, титан. В условиях вакуума марганец энергично испаряется.

ные металлы, силикокальций, ферробор. Слишком ранняя присадка указанных элементов приводит к загрязнению металла неметалли­ ческими, оксидными и нитридными включениями. Поздняя присадка легирующих и раскислителей не позволяет обеспечить рафинирова­ ние ванны от вредных примесей, содержащихся в добавках.

Выплавленный в вакуумной индукционной печи металл разли­ вают, как правило, в вакууме. Металл в вакууме из-за отсутствия окисленных пленок на поверхности отличается повышенной жидкотекучестью по сравнению с металлом из открытых печей. Слитки, отлитые в вакууме, получаются более плотными и меньше поражены усадочными порошками.

Выплавка нержавеющей стали в вакуумных индукционных печах.

Основной целью выплавки этой стали в вакуумных печах является получение низкого содержания углерода в металле «0,02% ) и низкого содержания азота, водорода, кислорода и неметаллических включений. При выплавке стали типа Х18Н9 на отходах той же стали содержание углерода по ходу плавки уменьшается лишь на 0,01—0,03%. Для получения меньшего содержания углерода плавку проводят на свежей шихте, состоящей из низкоуглеродистого железа, электролитического никеля, металлического хрома; для снижения себестоимости используют также безуглеродистый феррохром. Для уменьшения содержания углерода при использовании феррохрома марки ФХ003 применяют обдувку поверхности жидкого металла в тигле кислородом или смесью кислорода с аргоном. При высоких температурах в процессе продувки содержание углерода в металле снижается до 0,003—0,004%. Однако содержание кислорода при этом возрастает до 0,03—0,05%. Поэтому после кислородной обра­ ботки в металл вносят металлические раскислители для снижения содержания кислорода до 0,005—0,003%.

Для ускорения обезуглероживания в завалку дают окалину или железную руду. Обезуглероживание металла тем или другим мето­ дом: простой выдержкой жидкого металла в вакууме, использова-

3 2 0