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

нием газообразного кислорода или твердого окислителя сопрово­ ждается уменьшением содержания хрома не более чем на 1 —1,5%,

вто время, как в открытых печах потери хрома составляют 4—5%

иболее.

Нержавеющая сталь, выплавленная в вакуумной печи, в связи с более низким содержанием в ней углерода, газов и вредных при­ месей характеризуется более высокими пластическими и прочност­ ными свойствами.

Г Л А В А XXVI

ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ПЕРЕПЛАВНЫХ УСТАНОВКАХ

1. ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ

При электрошлаковом процессе, как уже отмечалось, тепло выделяется благодаря прохождению тока через шлак. Плотность тока при этом процессе обычно находится в пределах 0,1—0,5 А/мм2. Чем меньше плотность тока, тем труднее навести шлаковую ванну в начале процесса, но тем легче поддерживать устойчивый электрошлаковый процесс, так как при малой плотности тока процесс идет достаточно устойчиво в широком диапазоне значений токов и напря­ жений. Учитывая особенности ЭШП, к шлаку предъявляются сле­ дующие специфические требования.

1. Шлак должен быть несколько более легкоплавким, чем металл расходуемого электрода, что обеспечивает лучшее рафинирование от газов и неметаллических включений. В то же время для преду­ преждения появления дуговых разрядов необходимо применять шлаки с относительно высокой температурой кипения, во всяком случае выше температуры плавления расходуемого электрода.

2. Важной характеристикой шлака является его электропровод­ ность. При высокой проводимости шлака возможно выделение не­ достаточного количества тепла для расплавления электрода, а также затрудняется в этом случае поддержание нормального электриче­ ского режима без расплавления электрода.

3. Жидкий шлак при температурах плавления обеспечивает формирование качественного слитка. При большой вязкости шлака увеличивается прослойка теплоизоляции между слитком и кристал­ лизатором, ухудшается теплопередача через кристаллизатор, а ча­ стицы шлака могут проникнуть глубоко в металл. Кроме того, при использовании жидких шлаков облегчается выделение газов из кристаллизующейся последней порции жидкого металла в головной части слитка. Если шлак тугоплавок, то возможно появление пори­ стости в головной части слитка.

Кроме перечисленных технологических свойств, шлак ЭШП должен обладать и надлежащими металлургическими свойствами. При этом в зависимости от требований, предъявляемых к перепла­

вляемому металлу, меняются и требования, предъявляемые к ме­ таллургическим свойствам шлака. Если ставится задача снижения содержания серы в металле, то шлаки должны быть основными, например, состоящими из СаО и А120 3. В тех случаях, когда необ­ ходимо получить металл с минимальным содержанием углерода, шлаки могут быть окислительными, состоящими, например, из окислов железа и марганца. Для получения металла с минимальным содержанием неметаллических включений шлак должен хорошо растворять включения.

Шлаки при ЭШП наводят при помощи флюсов. Создание флюсов, сочетающих оптимальные технологические и металлургические свойства, задача весьма трудная. Особенно трудно подобрать шлак, который, отвечая основным технологическим и металлургическим требованиям, имел бы оптимальную электропроводность в жидком и твердом (в начале процесса) состоянии. Поэтому в начале процесса применяют электропроводный флюс. Институтом электросварки им. О. Е. Патона предложен флюс марки С-1, представляющие собой экзотермическую смесь из 17% калиевой селитры, 16,5% алюмомагниевого порошка и 66,5% наполнителя и предназначенный для запуска процесса. Расход флюса С-1 составляет примерно 0,5 кг на 1 т металла.

После того как процесс пойдет устойчиво, в кристаллизатор загружают рабочий флюс. Основой для большинства рабочих флю­ сов, применяемых при ЭШП, является фтористый кальций. Наи­ более широко применяется рабочий флюс марки АНФ-6, содержащий

25—30% А120 3, 57—65% CaF2, 4—5% СаО. Температура плавления этого флюса 1320—1340° С, расход составляет 3—4% от массы слитка. Этот шлак обеспечивает десульфурацию металла и применяют его для сталей и сплавов, не содержащих бор и титан. Флюс АНФ-Ш содержит 95% CaF2 и 5% СаО, температура плавления около 1400° С, может быть использован для переплава сталей, содержащих бор и титан.

Флюсы необходимо хранить в сухом помещении; перед исполь­ зованием с целью удаления влаги их нужно просушивать при тем­ пературе 300° С. Флюсы выплавляют в однофазной дуговой электро­ печи с углеродистой футеровкой или в водоохлаждаемом тигле. Выплавленный флюс дробят, размалывают и просеивают через сито с отверстием 2 x 2 мм.

При электрошлаковом переплаве жидкий металл расходуемого электрода переносится через шлаковую ванну в кристаллизатор в виде капель. Это обстоятельство увеличивает площадь соприкосно­ вения металла со шлаком, что обеспечивает более полное протека­ ние рафинировочных процессов, чем в обычных дуговых электро­ печах. Поэтому важным моментом при ЭШП является обеспечение

трода, их средний размер, длина пути, который они проходят в шлаке, зависят от параметров плавки: величины тока и напряжения, со­ става переплавляемого металла и др. В каждом конкретном случае

322

подбирается своя технология переплава, обеспечивающая при макси­ мальной производительности установки ЭШП получение высокока­ чественного металла.

Перед началом плавки тщательно осматривают кристаллизатор и при удовлетворительном его состоянии, прежде всего при отсут­ ствии течи, зачищают дно кристаллизатора, на которое устанавли­ вают затравку, которая представляет собой пластину из того же металла, что и переплавленный металл. Затравка защищает дно кристаллизатора в первые моменты плавки. На затравку засыпают хорошо перемешанный электропроводный флюс. Он необходим для получения жидкого металла в начале процесса.

После засыпки рабочего флюса подают воду на охлаж^ние кри­ сталлизатора и поддона, а затем включают ток. Максимальная сила тока, обеспечивающая устойчивое протекание электрошлакового процесса, зависит от диаметра расходуемого электрода:

Через 10—15 мин после включения печи в кристаллизаторе обра­ зуется жидкая шлаковая ванна высотой 90—140 мм.

Электрический режим плавки оказывает решающее влияние на качество слитка и его поверхность. С увеличением подводимой мощности увеличивается глубина жидкой части металла в кристалли­ заторе, удлиняется время затвердевания заготовки. Это обстоятель­ ство приводит к загрязнению металла неметаллическими включе­ ниями. Так, например, на заводе «Днепроспецсталь» снижение силы подводимого тока на установку с диаметром кристаллизатора 300 мм с 9 до 6 кА обеспечило снижение загрязненности стали неметалличе­ скими включениями на 25—35%.

Однако понижение температуры металла при малой подводимой мощности приводит к повышению его вязкости и запутыванию в ванне частиц шлака, появлению корочек металла. Поверхность заготовок резко ухудшается.

При небольшой высоте жидкого шлака и большой подводимой мощности наблюдается клокотание шлаковой ванны и "значительное колебание силы тока. Для устранения отмеченного явления необхо­ димо уменьшать силу тока.

Производительность установки электрошлакового переплава за­ висит от диаметра кристаллизатора, выбранного электрического режима, марки стали и т. д. Например, при диаметре кристаллиза­ тора 200 мм производительность установки составляет 100—150 кг/ч, а расход электроэнергии 1300—1600 кВт-ч на 1 т металла.

Основное направление в улучшении технико-экономических по­ казателей работы установок ЭШП сводится к уменьшению простоев между плавками и повышению степени механизации вспомогатель­ ных операций, увеличению выхода годного.

В этом отношении, весьма полезным шагом является использо­ вание двух кристаллизаторов под одну установку. Перспективной может оказаться бифилярная схема электрошлакового переплава,

разработанная Институтом электросварки им. Е. О. Патона и пре­ дусматривающая плавление в одном кристаллизаторе двух элек­ трически изолированных электродов, которые последовательно со­ единены с концами вторичной обмотки однофазного трансформатора. Производительность бифилярной установки в полтора-два раза выше, чем одноэлектродной, а удельный расход электроэнергии сокращается на 20—30%.

Совершенствование установок ЭШП с целью повышения выхода годного может быть достигнуто путем использования жидкого шлака. Заметным прогрессом в этом направлении является заливка жид­ кого шлака в кристаллизаторы установок ЭШП снизу, т. е. сифон­ ным способом. Такая технология была впервые внедрена на трех­ фазной установке ОКБ-906 завода «Электросталь». На этой уста­ новке имеется три электрода диаметром 170 мм. Электрошлаковый процесс с сифонной заливкой жидкого шлака может быть весьма экономичным.

Преимущества сифонной заливки жидкого шлака и бифилярной подводки сочетает в себе печь У436. Важным моментом является совершенствование систем управления мощностью шлаковой ванны и скоростью подачи или весовой скоростью плавления электрода.

Улучшение технико-экономических показателей установкой ЭШП достигается также повторным использованием шлака в тех случаях, когда он не окисляется и не обогащается серой.

2. ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ ПЕРЕПЛАВ

При ВДП, так же как и при ЭШП, используют переплавляемые электроды из стали той же марки, слиток которой необходимо по­ лучить. Металл для электродов выплавляют в дуговых электропе­ чах, иногда в мартеновских печах с последующей обработкой его синтетическим шлаком, а в некоторых случаях — в других агрега­ тах для переплава (ЭШП, вакуумных индукционных печах или

втех же установках ВДП). Естественно, что выплавка электродов

воткрытых печах более экономична.

При использовании кованых или катаных электродов заготовки под них обдирают и торцуют на токарных станках. Основной недо­ статок этой технологии заключается в большом количестве отходов, достигающем 50%. Более экономичным является использование литых электродов. Однако литые электроды имеют глубокую уса­ дочную раковину, которая возникает при кристаллизации в высо­ ких изложницах, и грубую поверхность. Более высокое качество электродов наблюдается при отливке их на машинах непрерывной разливки.

Необходимо иметь в виду, что из всех статей себестоимости стали ВДП особенно большой является стоимость электрода (до 85%). Поэтому удешевление электродов заметно снижает стоимость всего процесса ВДП.

Диаметр электрода должен быть на 50—140 мм меньше диаметра кристаллизатора. При слишком малом зазоре между электродом

324