Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Технологічні процеси в машинобудуванні

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Отримання сталі в електропечах

В даний час близько 30% світової виплавки сталі припадає на електропечі. Вони мають перевагу перед іншими плавильними агрегатами, так як в них можна отримувати високу температуру металу, створювати окисну, відновну, нейтральну атмосферу і вакуум, що дозволяє виплавляти сталь будь-якого складу, розкислють метал з утворенням мінімальної кількості неметалічних включень - продуктів розкислення. Тому печі використовують для виплавки конструкційних, високолегованих, інструментальних, спеціальних сплавів і сталей. Існують кілька груп печей: опору, дугові, індукційні, плазмові та електронно-променеві.

Дугові плавильні печі

Вони працюють на трифазному змінному струмі і мають три циліндричних електрода 9 з графітізірованной маси (рис. 4.6).

Схема дугового плавильної печі

Рис. 4.6. Схема дугового плавильної печі

Електричний струм від трансформатора по кабелях 7 підводиться до електротримачі 8, а через них - до електродів 9 і ванні металу. Між електродом і металевою шихтою 3 виникає електрична дуга, електроенергія перетворюється в теплоту, яка передається металу і шлаку випромінюванням. Довжина дуги регулюється автоматично, електроди принаймні згоряння нарощують, свінчівая з новими електродами. Сталевий під печі футерован вогнетривкою цеглою 1 - основним або кислим. Плавильне простір обмежений стінками 5, облицьованими вогнетривкою цеглою 4, подини 12 і склепінням 6 з вогнетривкої цегли. Подину набивають вогнетривкою масою, склепіння печі знімний. Хід плавки контролюють через вікно 10. Готову сталь випускають через випускний отвір по жолобу 2 в ківш. Піч має привід 11 для нахилу в бік робочого вікна або жолоба.

У основній дуговій печі можна здійснювати плавку двох видів: на шихті з легованих відходів (методом переплаву) і на вуглецевої шихті (з окисленням домішок). У першому випадку плавку ведуть без окислення домішок. У сталь вводять легуючі елементи у вигляді феррорасплавов. Порядок введення визначається спорідненістю легуючих елементів до кисню. Плавку на вуглецевої шихті з повним окисленням домішок проводять у тому випадку, якщо використовувані шихтові матеріали містять фосфор і значно відрізняються за складом інших елементів від заданої марки сталі.

Ємність дугових печей коливається в межах 0,5-400 т. При електровиплавке на 1 т сталевих злитків витрачається 600-1000 кВт-год електроенергії. Робоча напруга під час плавки становить 100-200 В на малих печах і 400- 600 В на великих, а сила струму вимірюється тисячами і десятками тисяч ампер.

Індукційні печі

В індукційній печі (рис. 4.7) металеву шихту 1 розплавляють в тиглі 5, розташованому всередині індуктора 4, який являє собою спіраль з багатьма витками з струмопровідного матеріалу.

Індукційна тигельна плавильна піч

Рис. 4.7. Індукційна тигельна плавильна піч:

а - схема; б - зовнішній вигляд; 1 - металева шихта - одержуваний чистий метал; 2 - знімний звід; 3 - зливний носок; 4 - індуктор; 5 - тигель

Через індуктор пропускають змінний струм. Для живлення печей малої ємності застосовують лампові і іскрові генератори з частотою струму до 106 Гц, для печей великої ємності - машинні генератори (до 104 Гц). Створюваний при цьому всередині індуктора змінний магнітний потік наводить у металі вихрові струми, які забезпечують сто нагрівання і плавлення. Тигель 5 виготовляють з кислих (кварцит) або основних (магнезитовий порошок) вогнетривів. В індукційних печах з основною футеровкою виплавляють високоякісні леговані сталі з високим вмістом марганцю, нікелю, титану, алюмінію, з кислою футеровкою - конструкційні леговані сталі з іншими елементами. Для зменшення втрат теплоти піч має знімний звід 2.

Важливою особливістю індукційних печей є інтенсивна циркуляція рідкого металу, що викликається взаємодією електромагнітних нулів, порушуваних, з одного боку, струмами, що проходять по индуктору, з іншого - вихровими струмами в металі. Електромагнітні сили чинять на рідкий метал статичне і динамічний вплив, в результаті чого його верхня частина віджимається від стінок тигля, а у всьому обсязі виникає електродинамічна циркуляція. Характер циркуляційних потоків рідкого металу показаний на рис. 4.7 стрілками.

Опуклий меніск утрудняє обробку металу шлаком, який стікає до стінок тигля; досить висока швидкість турбулентного руху металу підсилює знос футеровки.

Індукційні печі мають перевагу перед дуговими: в них відсутній електрична дуга, що дозволяє виплавляти сталь з низьким вмістом вуглецю, газів і малим чадом елементів. У них виплавляють сталь і сплави з легованих відходів методом переплавки або з чистого заліза і скрапу з добавкою феррорасплавов методом сплавлення. Ємність цих печей може коливатися в широких межах: 0,01-25 т.

Плазмові печі

Плавку сталі в плазменно-дугових печах (ПДП) застосовують для одержання високоякісних сталей і сплавів. Джерелом теплоти служить низькотемпературна плазма (3000 ° С), що отримується за допомогою плазмотронів. Подові ПДП по конструкції схожі зі звичайною дугового електропіччю. У них катодом дугового розряду постійного струму служать катоди плазмотронів, анодом - оброблюваний метал. Дуга обдувається потоком інертного газу (зазвичай аргону або гелію). Шихта швидко розплавляється, в нейтральному газовому середовищі відбувається дегазація виплавленого металу, легкоиспаряющиеся елементи, що входять до його складу, не випаровується. Плазмові високочастотні печі (ПВП) зазвичай застосовують для вирощування монокристалів і переробки чистих речовин.

Електронно-променеві печі (установки)

Перетворення електричної енергії в теплову відбувається безпосередньо в розплавленому металі як результат зіткнення з ним електронів, що вилітають з електронної гармати. Переплавляє метал подасться в піч у вигляді витрачається електрода, злитка, порошку і т.д. Розплавляючись, він стікає краплями в водоохолоджуваний кристалізатор (виливницю) або тигель. Плавка, що проходить при високій температурі і глибокому вакуумі, використовується для отримання особливо чистих тугоплавких металів і сплавів, злитків із сталі і сплавів для деталей особливо відповідального призначення тощо

Далі розглянуті методи переплаву в електрошлакових, плазменно-дугових і електронно-променевих печах. У агрегатах даного типу проводиться порівняно невелика кількість металу спеціального призначення. Можливо, в майбутньому вони знайдуть більш широке застосування. Поки основна маса електросталі, виробленої у світі, виплавляється в дугових печах, і йод словом "електросталь" розуміється саме сталь, виплавлена в дуговій сталеплавильній печі.

 
<<   ЗМІСТ   >>