5.5. Новые способы производства (переплава) стали
1. Электрошлаковый переплав (рис. 5.4) производится под слоем высокоосновного токопроводящего флюса (на основе плавикового шпата СаF2), температура ванны до 2000 С. Емкость печи до 110 т. Хорошо удаляются S ( в 2 раза), неметаллические включения, газы. Обеспечивается высокая плотность, однородность и мелкозернистость слитка. Ток переменный (от трансформатора).
2. Вакуумно-дуговой переплав (рис.5.5). Емкость специальных печей до 50 т. Обеспечивается наилучшая дегазация сплава.
Существует также плазменно-дуговая плавка. Плазмотроны – t = 10000 ... 30000 С за счет сжатия дуги инертным газом (низкотемпературная плазма).
Газы: азот, водород, аргон, гелий, воздух и их смеси. Дугу зажигают с помощью осциллятора – источника высокочастотного переменного тока высокого напряжения – для зажигания дуги без короткого замыкания. Плазменная струя – независимый источник тепла, что позволяет изменять в широких пределах степень нагрева и глубину проплавления, тепловая мощность ограничена. Плазменная дуга имеет большую тепловую мощность.
Электронно-лучевой переплав в вакууме, t = 5000 ... 6000 С, кинжальность 20:1. Электронная пушка: эмиссия электронов с нагретого катода, формируется пучок электронов, ускорение под действием U = 20... 150 кВ между катодом и анодом, фокусировка магнитными линзами и направление отклоняющей магнитной системой.
Рис. 5.5. Схема
вакуумной дуговой печи
с расходуемым
электродом:
1 – вакуумная
камера,
2 – скользящее
вакуумное уплотнение,
3 – электродержатель,
4 – электрод,
5 – ванна жидкого
металла,
6 – кристаллизатор,
7 – слиток
металла, 8 – поддон
4. Лазерный переплав с помощью оптического квантового генератора t 6000 С. Диаметр пятна 0,01 мм. Лазерный луч – вынужденное монохроматическое излучение, = 0,1 … 1000 мкм.
Твердотельные лазеры (рабочее тело – рубин, стекло с ниодимом и др.).
Газовые лазеры – рабочее вещество СО2.
Разливка стали на металлургических заводах производится в чугунные изложницы или кристаллизаторы, машины для непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) – рис. 5.6.
Слитки с квадратным поперечным сечением – для переделки на сортовой прокат, с прямоугольным сечением h/b = 1,5 ... 3,0 – для проката листа; круглые – для труб и колес. Масса слитков изменяется в широких пределах 0,2 ... 25 т. Для поковок могут использоваться поперечные сечения сложной формы (рис. 5.6, д), массой до 300 т и более.
Слитки из легированной и высококачественной стали массой 0,5 ... 7 т. Углеродистую сталь разливают сверху, легированную и высококачественную – снизу через сифон. Кузнечные слитки заливаются обычно сверху.
Верхняя часть слитка (зауженная на рис. 5.6, а, б, в) является прибылью. В ней образуется усадочная раковина и микрорыхлоты. Поэтому перед обработкой давлением она отрезается и направляется на повторную переплавку.
а
б в
г
д
Рис. 5.6. Разливка стали:
в изложницы: а, б – разливка сверху: 1 – сталеразливочный ковш, 2 – изложницы,
3 – промежуточное устройство; в – разливка сифоном: 1 – ковш, 2 – изложницы,
3 – центровой литник, 4 – каналы, 5 – сталь, 6 – поддон;
непрерывная: г – схема литья: 1 – металлоприемник, 2 – графитовая насадка,
3 – кристаллизатор, 4 – заготовка, 5 – тянущее устройство; д – образцы отливок
В слитках, получаемых непрерывной разливкой нет прибыльной части. Они по всей длине имеют плотное строение и мелкозернистую структуру, поэтому выход годного металла очень высок (96 ... 98 %).