Устройство и работа доменной печи

Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 – в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.

При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство подают новые порции шихты, чтобы весь полезный объем был заполнен.

Схема доменной печи

.Полезный объем доменной печи – объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем – 2000…5000 м³.

В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива. Воздух поступает из воздухонагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка из огнеупорного кирпича, в которой имеются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подается очищенный доменный газ, который, сгорая, образует горячие газы. Проходя через насадку, газы нагревают ее и удаляются через дымовую трубу. Через насадку пропускается воздух, он нагревается до температуры 1000…1200 ⁰С и поступает к фурменному устройству, а оттуда через фурмы 2 – в рабочее пространство печи. После охлаждения насадок нагреватели переключаются

Конве́ртер — аппарат (вид печи) для получения стали из передельного расплавленного чугуна и шихты продувкой воздухом или технически чистым кислородом.

Конвертер представляет собой ёмкость, состоящую из трех частей: верхней — шлема, средней — цилиндра и нижней — днища. Днище может быть приставным, вставным или цельным с цилиндрической частью. В этом случае конвертер называют глуходонным.

. По степени раскисления сталь делится на:

-спокойную сталь,

-полуспокойную сталь,

-кипящую сталь.

Спокойная сталь - раскисленная сталь с минимальным содержанием шлаков и неметаллических примесей. Это литая сталь, более полно раскисленная по сравнению с кипящей сталью и полуспокойной сталью, что достигается вводом в печь или в ковш (иногда в изложницы) увеличенного кол-ва сильных раскислителей - ферросилиция, алюминия и др. Кристаллизуется спокойно, без кипения и выделения искр; отличается плотной структурой. Обозначается буквами «сп».  

Полуспокойная сталь - сталь, полученная при раскислении (в печи, ковше или изложнице) жидкого металла, менее полном, чем при выплавке спокойной стали, но большем, чем при производстве кипящей стали. Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением газов. В слитке полуспокойной стали содержится меньше пузырей, чем в слитке кипящей стали, а усадочная раковина меньше, чем в слитке спокойной стали. По своим характеристикам качества приближена к спокойной стали. Обозначается буквами «пс».    

Кипящая сталь - не окисленная сталь с высоким содержанием неметаллических примесей. Низкоуглеродистая сталь, выпускаемая из сталеплавильных агрегатов слабо раскислённой, поэтому при её застывании в изложницах продолжается окисление содержащегося в ней углерода кислородом, растворённым в стали, что внешне выражается выделением пузырьков газа (кипением металла). Обозначается буквами «кп».    

Для раскисления стали применяют элементы (или их сплавы, например ферросплавы), характеризующиеся большим сродством к кислороду, чем основной металл. Так, сталь раскисляют алюминием, который образует весьма прочный окисел Al₂O₃, выделяющийся в жидком металле в виде отдельной твёрдой фазы. Также используют углерод, ферросилиций и ферромарганец для раскисления стали.

Дуговая плавильная печь

Схема дуговой печи показана на рис. 5. Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой  3 возникает электрическая дуга.  Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса имеется  рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод  11 для наклона в сторону рабочего окна для скачивания шлака или желоба для слива стали. Печь загружают при снятом своде.

Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн.

Металлический сосуд, выложенный изнутри огнеупором и имеющий поворотный механизм.

Сталеразливочный ковш (рисунок 17.1а) предназначен для приема металла и части шлака, выдержки металла и его разливки.

Рисунок 17.1 – Сталеразливочный ковш: а – общий вид (1 – цапфа; 2 – носок для слива шлака; 3 – стопорный механизм; 4 – стопор; 5 – скоба для кантования ковша);

Ковш состоит из сварного кожуха, изготовленного из стальных листов толщиной 16 – 40 мм и имеющего форму усеченного конуса с расширением кверху. Днище ковша может быть плоским или иметь сферическую форму (в ковшах большого объема). Оно изготавливается из более толстых листов и имеет приспособления для кантования.

Кожух ковша имеет ребра жесткости, стальной пояс, снабженный двумя цапфами, за которые ковш может быть поднят при помощи траверсы сталеразливочного крана, и кронштейнами для установки на стенд. Во избежание опрокидывания оси цапф должны быть расположены выше центра тяжести ковша, наполненного металлом и шлаком.

В верхней части кожуха приваривают кольцо жесткости и предусматривают (если это необходимо) отверстия для шлакового носка и для крепления его на корпусе. Уровень пода носка расположен на 100 – 150 мм ниже верхнего края ковша.

В днище ковша имеются отверстия для разливочных стаканов. На днище имеются постановочные фланцы для крепления шиберных затворов и устройств для продувки металла аргоном.

Структура литого слитка состоит из трех основных зон (рис. 34). Первая зона - наружная мелкозернистая корка 1, состоящая из дезориентированных мелких кристаллов - дендритов. При первом соприкосновении со стенками изложницы в тонком прилегающем слое жидкого металла возникает резкий градиент температур и явление переохлаждения, ведущее к образованию большого количества центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение.

Рис. 34. Схема строения стального слитка 1 - мелкозернистая корка, 2 - зона столбчатых кристаллов, 3 - зона равноосных кристаллов.

Вторая зона слитка - зона столбчатых кристаллов 2. После образования самой корки условия теплоотвода меняются (из-за теплового сопротивления, из-за повышения температуры стенки изложницы и других причин), градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения стали. В результате из небольшого числа центров кристаллизации начинают расти нормально ориентированные к поверхности корки (т.е. в направлении отвода тепла) столбчатые кристаллы.

Третья зона слитка - зона равноосных кристаллов 3. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла В результате этого процесса образуется равноосная структура. Зародышами кристалла здесь являются обычно различные мельчайшие включения, присутствующие в жидкой стали, или случайно в нее попавшие, или не растворившиеся в жидком металле.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочных сталей. Схема электрошлакового переплава представлена на рисунке 1.

Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в водоохлаждаемом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8. Выделяющаяся теплота нагревает ванну 2 до температуры свыше 1700^оC и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла 3 проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую ванну 4. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов. Металлическая ванна пополняется путём расплавления электрода, и под воздействием кристаллизатора она постепенно формируется в слиток 6. Содержание кислорода уменьшается в 1,5…2 раза, серы в 2…3 раза. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности, высокими механическими и эксплуатационными свойствами. Слитки получают круглого, квадратного и прямоугольного сечения, массой до 110 тонн.

Рисунок 1 — Схема электрошлакового переплава

Наиболее совершенный способ разливки стали (изобретенный в СССР) — непрерывная разливка, заключающаяся в том, что жидкий металл из ковша 1 (рис. 8) через промежуточную емкость 2 непрерывно поступает в кристаллизаторы 3, охлаждаемые водой. Далее затвердевающий металл формируется прокаткой между валками 4 и потом разрезается на куски газорезками 5. Куски стали кантователями укладываются на элеваторы.

Рассмотренный способ разливки стали имеет следующие достоинства:

1) при получении заготовок небольшого сечения исключается необходимость применения дорогостоящих обжимных станов (блюмингов);

2) исключается необходимость в изложницах, поддонах и т. д.; ла.

Существуют два способа разливки стали:

• сверху — отдельно в каждую изложницу. Разливка сверху имеет наибольшее распространение.

• и снизу — сифонным способом.

При обоих способах разливки в верхней части изложницы устанавливают керамическую насадку, способствующую более медленному затвердеванию стали и уменьшению усадочной раковины в слитке.

Схема расположения изложниц при заливке приведена на рис. 48.

Индукционные  печи применяют для выплавки высоколегированных сталей и сплавов с низким содержанием углерода, а также для производства тонкостенного фасонного литья специальными методами (по выплавляемым моделям, под давлением и т. п.). Принцип действия индукционной печи заключается в том, что под действием переменного тока, подводимого к первичной катушке (индуктору) 2 (рис. 2), во вторичном кольце (расплавляемый металл 1, находящийся в тигле 3 индуктируется ток, энергия которого создает высокую температуру. Благодаря этому шихта расплавляется быстро и процесс плавки ускоряется.Эти печи существуют двух видов: с железным сердечником и без сердечника  (высокочастотные печи). Печи с железным сердечником применяют в литейных цехах для получения сплавов цветных металлов. Большое распространение в производстве стали получили индукционные высокочастотные печи без железного сердечника. Они применяются для плавки стали и специальных высоколегированных сплавов. емкость высокочастотных печей от 10 кг до 10 т.

Тигель высокочастотной печи изготовляют либо из кислых, либо (реже) из основных материалов.

Литейным производством называют процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полученную форму, воспроизводящую форму и размеры будущей детали. После затвердения металла в форме получается отливка, т.е. заготовка или деталь. Отливки могут быть или вполне готовыми деталями, или заготовками, подвергающимися в механических цехах окончательной обработке, которая производится с целью получения точных размеров и требуемой чистоты всех или некоторых поверхностей. На отливках предусматривается припуск (дополнительный слой металла) на механическую обработку

В настоящее время в промышленно развитых странах для производства отливок используют следующие способы получения отливок:

-литье в разовые литейные формы изготовленные из песчано-глинистых смесей;

-литье в разовые литейные формы изготовленные по выплавляемым моделям;

-литье в разовые оболочковые формы (корковое литье);

-литье в металлические формы (кокильное литье);

-литье под давлением;

-центробежное литье;

-полунепрерывное литье и др.

Основные механические свойства смесей, прочность, поверхностная прочность, пластичность, податливость.

Прочность– способность смеси обеспечивать сохранность формы (стержня) без разрушения при ее изготовлении и пользовании. Формы (стержни) не должны разрушаться от толчков при сборке и транспортировке, выдерживать давление заливаемого металла.

Поверхностная прочность(осыпаемость) – сопротивление истирающему действию струи металла при его заливке. При недостаточной поверхностной прочности наблюдают осыпаемость, т.е. отделение частиц формовочной смеси, попадающих в отливку.

Пластичность– способность смеси воспринимать очертания модели (стержневого ящика) и сохранять полученную форму.

Податливость– способность смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава. При недостаточной податливости в отливке возникают напряжения, которые могут привести к образованию трещин.

Смеси для сухих форм отличаются от смесей для сырых форм более высокой прочностью, газопроницаемостью и податливостью. Последние два свойства обеспечиваются введением в смесь древесных опилок, торфа и других веществ, которые выгорают, образуя дополнительные поры.

Песчано-глинистая форма изготавливается из формовочной смеси, в состав которой входят:оборотная (отработанная) формовочная смесь, кварцевый песок, огнеупорная глина, вода техническая,а также добавки –каменный уголь, пылевидный мазут, поверхностно-активные вещества, красители, асбести др..

Главное требование к ПГС для сухой фермы – огнеупорность, достаточная для получения отливки надлежащего качества. Однако одной огнеупорности недостаточно. ПГС должна иметь определенную прочность в сыром и сухом состояниях, быть достаточно текучей для ее хорошего уплотнения при экономных энергозатратах, хорошо формуемой и газопроницаемой для удаления газов, выделяющихся при заливке формы металлом.

Стержневые смеси в отличие от формовочных работают в более тяжелых температурных условиях, они почти со всех сторон окружены жидким металлом. Поэтому к стержневым смесям предъявляются более жесткие требования, они должны обладать более высокой прочностью, газопроницаемостью и податливостью.

Формовочные (литейные) уклоны предусматриваются на моделях, в стержневых ящиках, литейных формах для обеспечения извлечения соответственно модели из формы, стержня из стержневого ящика и отливки из формы.

Литейная модель – приспособление, с помощью которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.

Применяют модели неразъемные и разъемные, состоящие из двух и более частей. Модель снабжают специальными выступающими частями – знаками. Они образуют в форме углубления, предназначенные для установки и фиксирования стержней. Для облегчения извлечения модели из формы их вертикальные стенки выполняются с формовочными уклонами, величина которых зависит от высоты стенки, материала модели и способа изготовления отливки.

Используют модели деревянные, металлические и пластмассовые.

Модели деревянные (сосна, бук, ясень), лучше изготавливать не из целого куска, а склеивать из отдельных брусочков с разным направлением волокон  для предотвращения коробления.

Достоинствами деревянных моделей являются дешевизна, простота изготовления, малый вес. К недостаткам следует отнести недолговечность, гигроскопичность, возможность коробления, неоднородность строения. Для устранения коробления модели покрывают красками и лаками. Окраску проводят в соответствии с ГОСТ 2413. Для чугунного литья используют модели красного цвета, для стального – серого, для цветного – желтого. Стержневые знаки и другие, не соприкасающиеся с металлом части окрашивают в черный цвет.

Металлические модели используются в условиях крупносерийного и массового производства отливок. Металлические модели по сравнению с деревянными характеризуются большей долговечностью, точностью и чистой рабочей поверхностью. Материалами для изготовления металлических моделей служат алюминиевые сплавы, чугун, сталь, бронза и латунь. Модели, изготовленные из алюминиевых сплавов, легкие, не окисляются, хорошо обрабатываются, но имеют относительно низкую прочность и малую износостойкость. Основными недостатками чугунных моделей являются большая масса и окисляемость. Бронзовые и латунные модели после обработки имеют очень гладкую поверхность, не окисляются; получаемый с их помощью отпечаток является наилучшим по качеству. Но такие модели являются очень тяжелыми, их применяют только для изготовления небольших сложных отливок высокой точности и с повышенным качеством поверхности.

Для уменьшения массы модели делают пустотелыми с ребрами жесткости.

Формовочные уклоны на металлических моделях меньше, чем на деревянных, так как их рабочие поверхности более гладкие.

Модели из пластмасс, сочетая преимущества деревянных и металлических, обладают малой массой, высокой точностью и прочностью, не подвержены короблению и разбуханию,  устойчивы к действию влаги при эксплуатации и хранении. Для изготовления моделей применяют термореактивные пластические массы на основе эпоксидных и формальдегидных смол, стиракрил, актилат. Крупные модели делают пустотелыми, мелкие – монолитными.

Окраску проводят в соответствии с ГОСТ 2413. Для чугунного литья используют модели красного цвета, для стального – серого, для цветного – желтого. Стержневые знаки и другие, не соприкасающиеся с металлом части окрашивают в черный цвет.

Прибыль – особый элемент литниковой системы, располагается над массивным узлом отливки (тепловым узлом), который затвердевает последним в процессе

кристаллизации отливки. Служит для компенсации дефицита металла, возникающего при кристаллизации в результате усадки.

МАШИННАЯ ФОРМОВКА

Имеет большие преимущества по сравнению с ручной: механизация процессов уплотнения форм и стержней, выемки моделей; обеспечение большей точности отливок; значительное повышение производительности труда.

Применяется в условиях массового и серийного производства.

УПЛОТНЕНИЕ ПРЕССОВАНИЕМ

Прессовые машины могут быть с верхним и нижним прессованием.