1. Автоматическая сварка пол флюсом

1. Автоматическая сварка пол флюсом

Автоматическая дуговая сварка под флюсомобеспечивает производительность в 10—15 раз большую, чем производитель­ность ручной дуговой сварки и, кроме того, она не требует опера­тора столь высокой квалификации. При автоматической сварке процессы зажигания дуги, подачи электрода в дугу и перемещения его вдоль направления сварки осуществляются механически (рис. 42, б). Электрод, представляющий собой сварочную про­волоку большой длины, заправляется в кассету 4 и подается в дугу с необходимой скоростью с помощью подающих роликов 8, при­водимых во вращение двигателем 3 через редуктор 2. Эта сбороч­ная единица, называемая сварочной головкой, помещается на самоходной тележке-каретке 5, приводимой в движение двига­телем каретки 7 через редуктор 6. Напряжение на электрод от источника тока подается через скользящий контакт 9. Скорость сварки задается скоростью перемещения каретки.

Защита расплавленного металла от воздействия воздуха осу­ществляется порошкообразным флюсом, ссыпаемым из бункера 1 непосредственно перед дугой. В состав флюса входят элементы, обеспечивающие стабильность дуги, а также процессы легирова­ния, раскисления и формирования металла шва. Флюсы, расплав­ляясь, создают шлаковый купол над зоной сварочной дуги, пре­пятствующий проникновению воздуха. После химико-металлур­гического воздействия в дуговом пространстве и сварочной ванне флюсы образуют на поверхности шлаковую корку, в которую вы­водятся из расплавленного металла шва окислы, сера, фосфор и газы.

Автоматическую сварку следует производить проволокой, близкой по своему химическому составу к свариваемому металлу. Стандартами предусмотрен выпуск проволоки 77 марок для сварки сталей, проволоки 30 марок для наплавочных работ и проволоки 14 марок для сварки алюминия и его сплавов и т. д.

Автоматическую сварку под флюсом целесообразно применять в нижнем положении для непрерывных швов большой протяжен­ности. Применение ее для коротких швов либо швов сложной траектории экономически невыгодно. Для швов, расположенных вертикально, автоматическая сварка под флюсом неприменима. Разновидностью дуговой сварки под флюсом является полуавтоматическая сварка. В этом процессе подача электрода осуществляется механически, а перемещение его по направлению сварки — вручную. Способ рекомендуют для сварки коротких и криволинейных швов в нижнем положении.

2. Производство стали

1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА

Сталь является основным видом ме­талла, применяемым для создания совре­менной техники. Это объясняется тем, что сталь обладает высокими прочностью и износостойкостью, хорошо сохраняет приданную форму в изделиях, сравни­тельно легко поддается различным видам обработки. Кроме того, основной компо­нент стали — железо - является широко распространенным элементом в земной коре. Сущностью любого металлургиче­ского передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и приме­сей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Основными материалами для произ­водства стали являются передельный чу­гун и стальной лом (скрап). Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне (табл. 2.1).

В процессе плавки стали происходит взаимодействие между металлической, шлаковой и газовой фазами и футеровкой плавильного агрегата, различными по аг­регатному состоянию и химическому со­ставу. В результате этого взаимодействия осуществляется переход химических эле­ментов из одной фазы в другую. Обмен­ные процессы сопровождаются химиче­скими превращениями, главным образом на границе металлической фазы со шла­ком. Металлическая фаза состоит из рас­плава химических элементов, шлаковая 1 из расплава оксидов и их соединений. По­этому переход элемента из одной фазы в другую возможен только при протекании химической реакции образования или вос­становления оксида. Так как примеси по своим физико-химическим свойствам различны, то для их удаления в плавиль­ном агрегате создают определенные усло­вия, используя основные законы физиче­ской химии.

В соответствии с законом действую­щих масс скорость химических реакций пропорциональна концентрации реаги­рующих веществ. Поскольку в наиболь­шем количестве в чугуне содержится же­лезо, то оно окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильной печи:

Fe + 1/20₂ = FeO + Q. (2.1)

Одновременно с железом окисляются Si, Р, С, Мп и др.

Образующийся оксид железа при вы­соких температурах отдает свой кислород более активным элементам - примесям в чугуне, окисляя их:

2 FeO + Si = Si0₂ + 2Fe + 0,; (2.2)

5FeO + 2P ⁼ P₂0₅ + 5Fe + Q₂; (2.3)

FeO + Mn = MnO + Fe + Q₃; (2.4)

FeO + С = CO + Fe - Q_A. (2.5)

Чем больше оксида железа содер­жится в жидком металле, тем активнее окисляются примеси. Для ускорения окисления примесей в сталеплавильную ванну добавляют железную руду, окали­ну, содержащие много оксидов железа. Таким образом, основное количество примесей окисляется за счет кислорода оксида железа.

вается по объему ванны, из него удаляют­ся газы и неметаллические включения. Процесс кипения считают оконченным, если содержание углерода в металле соот­ветствует заданному, а содержание фос­фора минимально.

После этого металл раскисляют в два этапа: 1) в период кипения прекраща­ют загрузку руды в печь, вследствие чего раскисление идет путем окисления угле­рода металла, одновременно подают в ванну раскислители - ферромарганец, ферросилиций, алюминий; 2) окончатель­но раскисляют алюминием и ферросили­цием в ковше при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в сталеразливочный ковш че­рез отверстие в задней стенке печи.

В основных мартеновских печах вы­плавляют стали углеродистые конструк­ционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме вы­соколегированных сталей и сплавов, ко­торые получают в плавильных электро­печах.

Кислый мартеновский процесс. Этим способом выплавляют качественные стали. Поскольку в печах с кислой футе­ровкой нельзя навести основный шлак для удаления фосфора и серы, применяют шихту с низким содержанием этих со­ставляющих. Стали, выплавляемые в кис­лых мартеновских печах, содержат мень­ше водорода, кислорода, азота, неметал­лических включений, чем выплавленные в основной печи. Поэтому кислая сталь имеет более высокие механические свой­ства, особенно ударную вязкость и пла­стичность, и ее используют для особо от­ветственных деталей: коленчатых валов крупных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

Основные технико-экономические по­казатели производства стали в мартенов­ских печах следующие: производитель- и расход топлива на 1 т выплавляемой стали (кг/т). Средний съем стали с 1 м² площади пода в сутки составляет 10 т/м², а расход условного топлива - до 80 кг/т.

4. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРАХ

Кислородно-конвертерный процесс - это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и про­дувкой кислородом через водоохлажда- емую фурму.

Кислородный конвертер (рис. 2.4) - сосуд грушевидной формы 2, корпус ко­торого сварен из листовой стали толщи­ной 50... 100 мм. Внутренняя футеровка корпуса, как правило, двухслойная, тол­щиной 700... 1000 мм. Она изготовляется из основных огнеупорных материалов, преимущественно из магнезита и доломи­та. Стойкость рабочего слоя составляет 400... 600 плавок. Конвертер имеет опор­ный пояс 3 с цапфами, расположенными в подшипниках опор. Для поворота конвер­тера предусмотрен механизм привода 4, при помощи которого конвертер может поворачиваться в обе стороны на любой угол.

Рис. 2.4. Устройство кислородного конвертера

Рис. 2.5. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

 

Сверху через горловину в рабочее пространство конвертера входит водоох- лаждаемая кислородная фурма L Расстоя­ние от ванны до сопел фурмы может из­меняться по ходу плавки, обеспечивая рациональный режим продувки.

Вместимость конвертера 70 350 т расплавленного чугуна.

Шихтовыми материалами кислород- но-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, (см. табл. 2.1), стальной лом (не более 30 %), из­весть для наведения шлака, железная ру­да, а также боксит (АЬОз), плавиковый шпат (СаРг), которые применяют для раз­жижения шлака.

Перед плавкой конвертер наклоняют, через горловину с помощью завалочных машин загружают скрап (рис. 2.5, а), за­ливают чугун при температуре 1250... 1400 °С (рис. 2.5, бI После этого конвер­тер поворачивают в вертикальное рабочее положение (рис. 2.5, в), внутрь его вводят водоохлаждаемую фурму и через нее пода­ют кислород под давлением 0,9... 1,4 МПа. Расход кислорода составляет 2... 5 м³/мин на 1 т металла. Чистота технического ки­слорода должна быть 99,5... 99,7 %, что обеспечивает в готовой стали низкое со­держание азота (0,002... 0,004 %). Одно­временно с началом продувки в конвертер загружают известь, боксит, железную ру­ду. Струи кислорода проникают в металл, вызывают его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Благодаря интенсивному окислению примесей чугу­на при взаимодействии с кислородом в зоне под фурмой развивается температура до 2400 °С.

В зоне контакта кислородной струи с чугуном в первую очередь окисляется железо, так как его концентрация во мноной и кипящей. Частично она раскисляет­ся в печи и ковше, а частично в изложни­це благодаря взаимодействию оксида же­леза и углерода, содержащихся в стали.

Рис. 2.2. Схема технологических процессов производства стали: ЭШП - электрошлаковый переплав: ВДП - вакуумно-дуговой переплав; ЭЛП - электронно­лучевые печи; ПДП - плазменно-дуговые печи

Легирование стали осуществляют введением ферросплавов или чистых ме­таллов в необходимом количестве в рас­плав. Легирующие элементы (Ni, Со, Мо, Си), сродство к кислороду у которых меньше, чем у железа, при плавке и раз­ливке практически не окисляются, и по­этому их вводят в печь в любое время плавки (обычно вместе с остальной ших­той). Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у желе­за (Si, Мп, |§§ Cr, V, Ti и др.), вводят в металл после раскисления или одновре­менно с ним в конце плавки, а иногда не* посредственно в ковш.

2. СХЕМА СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ

Сталь производят в различных по принципу действия металлургических агрегатах: мартеновских печах, кислород­ных конвертерах, в электрических дуго­вых и индукционных печах и др.

Основные элементы технологии по­лучения стали и возможные варианты современных технологических произ­водств приведены на рис. 2.2. Основной вариант технологического процесса пока­зан толстыми стрелками, тонкими стрел­ками показаны варианты технологии про­изводства высококачественных сталей и сталей специального назначения, трв^- бующие дополнительной обработки вис плавильного агрегата, или переплаве ⁸ специальных условиях. Пунктирными линиями показаны редко применяемые варианты получения стали.

з. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ в МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ

Устройство и работа мартеновской печи. Мартеновская печь (рис. 2.3) - пла­менная отражательная регенеративная печь. Она имеет рабочее плавильное про­странство, ограниченное снизу подиной 12, сверху сводом / /, ас боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет фор­му ванны с откосами по направлению к стенкам печи. Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали в шлаке преобладают ос­новные оксиды, процесс называют ос­новным мартеновским процессом, а если кислые - кислым. Основную мартенов­скую печь футеруют магнезитовым кир­пичом, на который набивают магнезито­вый порошок. Кислую мартеновскую печь футеруют динасовым кирпичом, а подину набивают кварцевым песком. Свод марте­новской печи делают из динасового кир­пича или магнезитохромитового кирпича.

В передней стенке печи имеются за­грузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней - отверстие 9 для вы­пуска готовой стали.

В нашей стране работают мартенов­ские печи вместимостью 200... 900 т жидкой стали. Важнейшим параметром мартеновской печи является площадь по­да, которую условно подсчитывают на Уровне порогов загрузочных окон. На­пример, для печи вместимостью 900 т площадь пода составляет 160 м². Головки печи 2 служат для смешивания топлива (мазута или газа) с воздухом и подачи ^ой смеси в плавильное пространство.

Для подогрева воздуха и газа при ра­боте на низкокалорийном газе печь имеет Ява регенератора /. Регенератор - это ка- ^МеРа, в которой размещена насадка - ог­неупорный кирпич, выложенный в клетку. Ходящие из печи газы имеют темпера­туру 1500... 1600 °С. Попадая в регенера­торы, газы нагревают насадку до темпера­туры 1250... 1280 °С. Через один из реге­нераторов, например правый, подают воз­дух, который, проходя через насадку, на­гревается до температуры 1100... 1200 °С и поступает в головку печи, где смешива­ется с топливом: на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6. Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очи­стные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пы­ли, и направляются во второй (левый) регенератор, нагревая его насадку. Охла­жденные газы покидают печь через дымо­вую трубу 8. После охлаждения насадки правого регенератора переключают кла­паны и поток газов в печи изменяет на­правление.

Факел имеет температуру 1750... 1800 °С и нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окис­лению примесей шихты при плавке.

В зависимости от состава шихты, ис­пользуемой при плавке, различают разно­видности мартеновского процесса:

1) скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25... 45 % чушкового передельного чугуна; процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но расположенных в промышленных центрах, где много ме­таллолома;

2) скрап-рудный процесс, при кото­ром шихта состоит из жидкого чугуна (55... 75 %), скрапа и железной руды; про­цесс применяют на металлургических за­водах, имеющих доменные печи.

Наибольшее количество стали про­изводят скрап-рудным процессом в мар­теновских печах с основной футеровкой, что позволяет переделывать в сталь раз­личные шихтовые материалы.

Плавка стали скрап-рудным про­цессом в основной мартеновской печи. В печь с помощью завалочной машины загружают железную руду и известняк и после их подогрева подают скрап. По окончании прогрева скрапа в печь зали

вают жидкий чугун, который взаимодей­ствует с железной рудой и скрапом. В пе­риод плавления за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор по реакции (2.6), марганец и частично углерод. Оксиды S1O2, Р2О5, МпО, а также СаО и известь образуют шлак с высоким содержанием FeO и МпО (железистый шлак).

—<] Воздух

Рис. 2.3. Схема мартеновской печи

После расплавления шихты, окисле­ния значительной части примесей и разо­грева металла проводят период кипения ванны: в печь загружают железную руду и продувают ванну подаваемым по трубам 3 (см. рис. 2.3) кислородом. Окисление уг­лерода в достаточно прогретой ванне вы­зывает вспенивание шлака, который вы­пускается самотеком через шлаковое от­верстие или порог завалочного окна. Этот шлак содержит значительное количество фосфора в виде 3FeO • Р₂0₅ и кремнезем (Si0₂).

Для удаления из металла серы наво­дят новый шлак, подавая на зеркало ме­талла известь с добавлением боксита или плавикового шпата для уменьшения вяз­кости шлака. Содержание СаО в шлаке возрастает, a FeO уменьшается. Это соз­дает условия для интенсивного протека­ния реакций (2.7) и (2.8) и удаления из металла серы.

В период кипения углерод интенсив­но окисляется. Поэтому для кипения ван­ны шихта должна содержать избыток уг­лерода (на 0,5 л:. 0,6 % сверх заданного) в выплавляемой стали. В процессе кипения металл доводится до заданного химиче­ского состава, его температура выравни­вается по объему ванны, из него удаляют­ся газы и неметаллические включения. Процесс кипения считают оконченным, если содержание углерода в металле соот­ветствует заданному, а содержание фос­фора минимально.

После этого металл раскисляют в два этапа: 1) в период кипения прекраща­ют загрузку руды в печь, вследствие чего раскисление идет путем окисления угле­рода металла, одновременно подают в ванну раскислители - ферромарганец, ферросилиций, алюминий; 2) окончатель­но раскисляют алюминием и ферросили­цием в ковше при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в сталеразливочный ковш че­рез отверстие в задней стенке печи.

В основных мартеновских печах вы­плавляют стали углеродистые конструк­ционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме вы­соколегированных сталей и сплавов, ко­торые получают в плавильных электро­печах.

Кислый мартеновский процесс. Этим способом выплавляют качественные стали. Поскольку в печах с кислой футе­ровкой нельзя навести основный шлак для удаления фосфора и серы, применяют шихту с низким содержанием этих со­ставляющих. Стали, выплавляемые в кис­лых мартеновских печах, содержат мень­ше водорода, кислорода, азота, неметал­лических включений, чем выплавленные в основной печи. Поэтому кислая сталь имеет более высокие механические свой­ства, особенно ударную вязкость и пла­стичность, и ее используют для особо от­ветственных деталей: коленчатых валов крупных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

Основные технико-экономические по­казатели производства стали в мартенов­ских печах следующие: производитель­ность печи, определяемая съемом стали с

1 м² площади пода в сутки (т/м в сутки),

и расход топлива на 1 т выплавляемой

1 2

стали (кг/т). Средний съем стали с 1 м площади пода в сутки составляет

Л

10 т/м, а расход условного топлива - до 80 кг/т.

4. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРАХ

Кислородно-конвертерный процесс — это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и про­дувкой кислородом через водоохлажда- емую фурму.

Кислородный конвертер (рис. 2.4) - сосуд грушевидной формы 2, корпус ко­торого сварен из листовой стали толщи­ной 50... 100 мм. Внутренняя футеровка корпуса, как правило, двухслойная, тол­щиной 700... 1000 мм. Она изготовляется из основных огнеупорных материалов, преимущественно из магнезита и доломи­та. Стойкость рабочего слоя составляет 400... 600 плавок. Конвертер имеет опор­ный пояс 3 с цапфами, расположенными в подшипниках опор. Для поворота конвер­тера предусмотрен механизм привода 4, при помощи которого конвертер может поворачиваться в обе стороны на любой угол.

Рис. 2.4. Устройство кислородного конвертера

Сверху через горловину в рабочее пространство конвертера входит водоох- лаждаемая кислородная фурма 1. Расстоя­ние от ванны до сопел фурмы может из­меняться по ходу плавки, обеспечивая рациональный режим продувки.

Вместимость конвертера 70... 350 т расплавленного чугуна.

Шихтовыми материалами кислород­но-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, (см. табл. 2.1), стальной лом (не более 30 %), из­весть для наведения шлака, железная ру­да, а также боксит (AI2O3), плавиковый шпат (СаР₂), которые применяют для раз­жижения шлака.

шиит

Перед плавкой конвертер наклоняют, через горловину с помощью завалочных машин загружают скрап (рис. 2.5, а), за­ливают чугун при температуре 1250... 1400 °С (рис. 2.5, б). После этого конвер­тер поворачивают в вертикальное рабочее положение (рис. 2.5, в), внутрь его вводят водоохлаждаемую фурму и через нее пода­ют кислород под давлением 0,9... 1,4 МПа. Расход кислорода составляет 2... 5 м³/мин на 1 т металла. Чистота технического ки­слорода должна быть 99,5... 99,7 %, что обеспечивает в готовой стали низкое со­держание азота (0,002... 0,004 %). Одно­временно с началом продувки в конвертер загружают известь, боксит, железную ру­ду. Струи кислорода проникают в металл, вызывают его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Благодаря интенсивному окислению примесей чугу­на при взаимодействии с кислородом в зоне под фурмой развивается температура до 2400 °С.

 

Рис. 2.5. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

кгигшшт

В зоне контакта кислородной струй с чугуном в первую очередь окисляется железо, так как его концентрация во мно-

Рис. 2.6. Схема дуговой плавильной печи

го раз выше, чем примесей. Образующий­ся оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Кислород, растворенный в металле, окис­ляет кремний, марганец, углерод в метал­ле, и содержание их понижается. При этом происходит разогрев ванны металла теплотой, выделяющейся при окислении примесей, и он поддерживается в жидком состоянии.

В кислородном конвертере благодаря присутствию шлаков с большим содержа­нием СаО и FeO, перемешиванию металла и шлака создаются условия для удаления из металла фосфора по реакции (2.6) в начале продувки ванны кислородом, когда |1 температура еще невысока. В чугунах, перерабатываемых в конвертерах, не Должно быть более 0,15 % Р. При повы­шенном (до 0,3 %) содержании фосфора Для его удаления необходимо сливать ^ак и наводить новый, что снижает про­изводительность конвертера.

77Z I

Удаление серы из металла в шлак протекает в течение всей плавки по реак­циям (2.7) и (2.8). Однако высокое содер­жание в шлаке FeO (до 7... 20 %) затруд­няет удаление серы из металла. Поэтому для передела в сталь в кислородных кон­вертерах применяют чугун с содержанием

до 0,07 % S.

Подачу кислорода заканчивают, ко­гда содержание углерода в металле соот­ветствует заданному. После этого конвер­тер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рис. 2.5, г).

При выпуске стали из конвертера ее раскисляют в ковше осаждающим мето­дом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием; затем из конвертера сливают шлак (рис. 2.5, д).

В кислородных конвертерах выплав­ляют конструкционные стали с различ­ным содержанием углерода, кипящие и спокойные.

 

В кислородных конвертерах трудно выплавлять стали, содержащие легко- окисляющиеся легирующие элементы, поэтому в них выплавляют низколегиро­ванные (до 2... 3 % легирующих элемен­
тов) стали. Легирующие элементы вводят в ковш, расплавив их в электропечи, или твердые ферросплавы вводят в ковш пе­ред выпуском в него стали. Плавка в кон­вертерах вместимостью 130... 300 т за­канчивается через 25... 30 мин. Кисло- родно-конвертерный процесс - более про­изводительный, чем плавка стали в мар­теновских печах.

5. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Плавильные электропечи имеют пре­имущества по сравнению с другими пла­вильными агрегатами, так как в них мож­но получать высокую температуру метал­ла, создавать окислительную, восстанови­тельную, нейтральную атмосферу и ваку­ум, что позволяет выплавлять сталь любо­го состава, раскислять металл с образова­нием минимального количества неметал­лических включений - продуктов раскис­ления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных, высоко­легированных, инструментальных, специ­альных сплавов и сталей.

Для плавки стали используются ду­говые и индукционные электропечи. Ду­говая плавильная печь (рис. 2.6) работа­ет на трехфазном переменном токе и име­ет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы. Электриче­ский ток от трансформатора мощностью 25... 45 кВ • А кабелями 7 подводится к электродержателям S, а через них - к электродам 9 и ванне металла. Между электродом и металлической шихтой I возникает электрическая дуга, электро­энергия превращается в теплоту, которая передается металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжение 160... 600 В, сила тока 1... 10 кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически, путем перемещения электродов. Стальной кожух 4 печи футерован огнеупорным кирпичом 1 - основным (магнезитовым, магнезитохромитовым) или кислым (ди- насовым). Подину 12 печи набивают ог­неупорной массой. Плавильное простран­ство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом б из огнеупорного кирпича. Свод печи выполняется съемным. Ход плавки контролируется через рабочее окно 10, Выпуск готовой стали осуществляется через выпускное отверстие по желобу 2 в ковш. Печь имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба.

Печь загружают шихтой с помощью загрузочной бадьи или сетки. Свод печи в это время поднимают, а печь отводят в сторону. После загрузки печь вновь на­крывается сводом. Вместимость этих пе­чей 0,5... 400 т, В металлургических це­хах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных - с кислой.

В основной дуговой печи можно осуществить плавку двух видов: на шихте из легированных отходов (методом пере­плава) и на углеродистой шихте (с окис­лением примесей).

Плавку на шихте из легированных отходов ведут без окисления примесей (методом переплава). Шихта для такой плавки должна иметь меньше, чем в вы­плавляемой стали, марганца и кремния и низкое содержание фосфора. По сути это переплав. Однако в процессе плавки при­меси (алюминий, титан, кремний, марга­нец, хром) окисляются. Кроме этого, ших­та может содержать оксиды. После рас­плавления шихты из металла удаляют серу, наводя основный шлак, при необхо­димости науглероживают и доводят ме­талл до заданного химического состава. Затем проводят диффузионное раскисле­ние, подавая на шлак мелкораздроблен­ные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Так выплавляют легированные ста­ли из отходов машиностроительных заво­дов.

Плавку на углеродистой шихте с полным окислением примесей проводят в том случае, если используемые шихтовые материалы содержат фосфор и значитель­но отличаются по составу других элемен­тов от заданной марки стали. Она прово­дится в следующей очередности. В печь

загружают шихту: стальной лом (90 %), чушковый передельный чугун (до 10 %), электродный бой или кокс для науглеро­живания металлов и известь (2... 3 %). Известь способствует ровному горению электрической дуги, предохраняет мате­риалы от поглощения газов и быстрее об­разует шлак. Затем электроды опускают и включают ток; шихта под действием теп­лоты, выделяемой электрической дугой, которая горит между электродами и ших­товыми материалами, плавится, и жидкий металл накапливается на подине печи. Плавление ведут на высоких ступенях напряжения для более быстрого создания в печи жидкой фазы.

Для получения в первом периоде плавки окислительного шлака в печь за­сыпают известь и железную руду (около 1 % от массы шихты). Через 10... 15 мин после загрузки руды скачивают 60... 70 % шлака; с ним удаляется значительная часть фосфора, преимущественно в виде фосфата железа. Затем в печь вновь засы­пают известь (1... 1,5 % от массы метал­ла), полностью расплавляют и нагревают расплав, при этом периодически порция­ми засыпают железную руду и известь. По мере повышения температуры усилива­ются окисление углерода и кипение ван­ны, что способствует удалению раство­ренных в металле газов и неметалличе­ских включений. Для ускорения окисле­ния углерода и других примесей ванну металла продувают кислородом.

Для более полного удаления фосфора из металла во время кипения ванны сли­вают шлак. В это время при высокой тем­пературе и высокой основности шлака фосфор переводится в фосфат извести. Вместо слитого шлака наплавляется новый.

По достижении содержания фосфора 0,01... 0,015 % и заданного содержания углерода шлак вновь удаляют. После это- го в печь загружают известь, мелкий кокс ^и плавиковый шпат для образования вос­становительного шлака и приступают к раскислению металла. Кислород, раство­ренный в металле, начинает переходить в шлак, и образующиеся оксиды железа и марганца восстанавливаются углеродом кокса. После побеления шлака в него вво­дят более сильные восстановители - мо­лотый ферросилиций или алюминий. Осуществляется активное раскисление шлака, что приводит к диффузионному раскислению металла. Раскисление под белым шлаком длится 30... 60 мин.

В этот период создаются условия для удаления из металла серы, что объясняет­ся высоким (до 55... 60 %) содержанием СаО в шлаке, низким (менее 0,5 %) со­держанием FeO и высокой температурой металла.

Для определения химического соста­ва металла берут пробы и при необходи­мости в печь вводят ферросплавы для по­лучения заданного химического состава металла, после чего выполняют конечное раскисление стали алюминием и силико- кальцием и выпускают металл из печи в ковш.

При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов. Порядок ввода определяется сродством легирую­щих элементов к кислороду. В дуговых печах выплавляют высококачественные углеродистые стали - конструкционные, инструментальные, жаропрочные и жаро­стойкие.

Индукционная тигельная пла­вильная печь (рис. 2.7) состоит из водо- охлаждаемого индуктора Ц внутри кото­рого находится тигель 4 с металлической шихтой. Через индуктор от генератора промышленной частоты (50 Гц) или от генератора высокой частоты (500... 2500 Гц) проходит однофазный перемен­ный ток.

Ток создает переменный магнитный поток, пронизывающий куски металла в тигле. Переменный магнитный поток на­водит в них мощные вихревые токи (Фу­ко), нагревающие металл до расплавле­
ния и необходимых температур перегрева. Тигель изготовляют из кислых (кварцит) или оснбвных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Вместимость тигля 60 кг... 25 т. Для уменьшения потерь теплоты печь имеет съемный свод 2.

Индукционные печи обладают пре­имуществами перед дуговыми: в них от­сутствует электрическая дуга, что позво­ляет выплавлять сталь с низким содержа­нием углерода, газов и малым угаром элементов; при плавке в металле возни­кают электродинамические силы, которые перемешивают металл в печи и способ­ствуют выравниванию химического со­става, всплыванию неметаллических включений; небольшие размеры печей позволяют помещать их в камеры, где можно создавать любую атмосферу или вакуум. Однако эти печи имеют малую стойкость футеровки, и температура шла­ка в них недостаточна для протекания металлургических процессов между ме­таллом и шлаком. Эти преимущества и недостатки печей обусловливают возмож­ности плавки в них: в индукционных пе­чах выплавляют сталь и сплавы из леги­рованных отходов методом переплава или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплав­ления.

При загрузке тщательно подбирают химический состав шихты в соответствии с заданным, а необходимое количество ферросплавов для получения заданного химического состава металла загружают на дно тигля вместе с шихтой. После рас­плавления шихты на поверхность металла загружают шлаковую смесь для уменьше­ния тепловых потерь металла и снижения угара легирующих элементов, защиты его от насыщения газами. При плавке в ки­слой печи после расплавления и удаления плавильного шлака наводят шлак из боя стекла (ЭЮг). Металл раскисляют ферро­силицием, ферромарганцем и алюминием перед выпуском его из печи.

 

Рис, 2.7. Схема индукционной тигельной плавильной печи

В индукционных печах с основной футеровкой выплавляют высококачест­венные легированные стали с высоким содержанием марганца, никеля, титана, алюминия, а в печах с кислой футеров­кой - конструкционные, легированные другими элементами стали. В этих печах можно получать стали с низким содержа­нием углерода и безуглеродистые сплавы,

кристаллизатор 5, из нижней части кото­рого вытягивается затвердевающий сли­ток 4 (рис. 2.10). Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят затравку, обра­зующую его дно. Жидкий металл, попадая в кристаллизатор и на затравку, охлажда­ется, затвердевает, образуя корку, и со­единяется с затравкой. Затравка тянущи­ми валками 5 вытягивается из кристалли­затора вместе с затвердевающим слитком, сердцевина которого еще жидкая. Ско* рость вытягивания слитка из кристаллиза­тора составляет 0,3... 10 м/мин, она зави­сит от его поперечного сечения, темпера­туры разливаемого металла, условий вто­ричного охлаждения и теплофизических свойств разливаемой стали. Например, скорость вытягивания слитков с сечения­ми 150 х 500 мм около 1 м/мин.

На выходе из кристаллизатора сли­ток охлаждается водой из форсунки в зоне 6 вторичного охлаждения. Затем затвер­девший слиток попадает в зону 7 резки, где его разрезают газовым резаком 8 на слитки заданной длины. Таким способом отливают слитки с прямоугольным попереч­ным сечением (150x500...300x2000 мм), с квадратным сечением (150 х 150... 400 х х 400 мм), круглые в виде толстостенных труб. Вследствие направленного затвер­девания и непрерывного питания при усадке слитки непрерывной разливки имеют плотное строение и мелкозерни­стую структуру, в них отсутствуют уса­дочные раковины. Выход годных загото­вок может достигать 96... 98 % массы разливаемой стали.

Машины непрерывного литья могут иметь несколько кристаллизаторов, что позволяет одновременно получать не­сколько слитков, которые могут быть прокатаны на сортовых станах, минуя блюминги и слябинги.