62. Болат балқыту үрдісінің кезеңдерін көрсету

Болатты балқыту, көбінесе, оттектік конвертерлерде жүргізіледі. Конвертерлік балқытудың бастапқы материалдары мыналар: шикіқұрамның металдық бөлігі – сұйық шойын, болат сынықтары, ферроқорытпалар және бейметалл бөлігі – қожтүзушілер, тотықтырғыштар. Жүктемес бұрын конвертерді еңкейтеді. Басында металл сынықтарын жүктейді (балқыманың 20-30%), сонан соң сұйық шойын құйып, конвертерді тігінен орналастырады да, фурманы түсіріп, оттегімен үрлеуді бастайды. Үрлеуді бастаған уақыттан бастап арнайы науа арқылы әкті, темір кенін, қождамаларды (боксит, балқытатын шпат) жүктейді.

Сурет – Оттекті конвертер құрылысының сұлбасы

Үрленген оттегі металға енген кезде, алдыменен құйылған шойынның негізгі бөлігін құрайтын темірмен әрекеттеседі:

2Fe + O₂ = 2FeO + Q.

Түзілген FeO-ның бір бөлігі қожға өтеді, ал келесі бөлігі металда еріп шойын құрамындағы қоспаларды тотықтырады:

2FеО + Si = 2Fe + SiO₂ + Q₁

FeO + Mn = Fe + MnO + Q₂

5FeO + 2P = 5Fe + P₂O₅ + Q₃

Бұл реакциялар, әсіресе кремнийдің тотығуы, көп мөлшерде жылу бөле жүреді. Үрлеу басталғаннан кейін 2-4 минут ішінде кремний толығымен тотығып кетеді.

Кремний мен марганец мөлшері төмендеп, металл температурасы жоғарлаған кезде көміртегінің FeO-мен:

FeO + C = Fe + CO + Q,

сонымен қатар тікелей газтәрізді оттегімен әрекеттесуі нәтижесінде тотығу жылдамдығы артады. Бөлінген СО көпіршіктері металл мен қождың араласуын жақсартады.

Қоспалардың тотығуы барысында қож пайда болады. Қождың түзілу жылдамдығы әктің еру жылдамдығына байланысты. Үрлеу басында қож құрамында кремнезем SiO₂ мен темірдің шала тотығы FeO мөлшерлері жоғары және негізділік төмен (CaО/SiO₂ < 1) болады. Үрлеу барысында әк еріп, қож негізділігі артады да, үрлеу аяғында негізділік CaО/SiO₂ ≈ 3 дейін жетеді. Қождың жалпы мөлшері әдетте металдың 10-15%-ын құрайды. Белсенді негізді қож металдың зиянды қоспалардан – фосфор мен күкірттен арылуына ықпал етеді.

Кальций оксидінің артық мөлшері фосфорды байланыстырып, тұрақты қосылыс – кальций фосфатын түзеді:

P₂O₅ + 4CaO = (CaO)₄P₂O₅.

Жоғары негізді қожда күкірт кальций сульфидін түзеді:

FeS + CaO = CaS + FeO.

Көміртегінің қажетті мөлшері алынып, үрлеу аяқталған соң конвертерді горизонталь күйге бұрып, сынаманы алғаннан кейін металды шөмішке жібереді.

63. Сұйық болатқа ферромарганец, ферросилиций және алюминий сияқты заттарды қосуды сипаттау

64. Қож арқылы тотықсыздандыруды түсіндіру

Қайта балқыту арқылы, аса жоғары сапалы және жауапты істерге арналған болат пен қорытпалар алынады. Арнайы электрметаллургияға электрқожды, вакуумды-доғалы, электронды-сәулелі, плазмалы-доғалы әдістері және олардың үйлесімдері жатады.

Украинада шығарылған шығындалатын электродтарды сумен суытылатын кристаллизаторда электрқожды қайта балқыту әдісі коррозияға төзімді, подшипниктік, құралдық және т.б. арнаулы мақсаттағы болаттар өндірісінде кеңінен қолданылады. Электрқожды қайта балқыту қондырғысының сұлбасы 6-суретте келтірілген. Шығындалатын электрод пен балқып қапталатын құйма арасында электрөткізгіш қож орналасады. Осы қож арқылы электр тоғы өткенде жылу бөлініп, оны 2000^оС температураға дейін қыздырады. Қожды доғалы электр пештерде балқытып, кристаллизаторға құяды. Шығындалатын электрод металы балқиды да, тамшылап қож қабаты арқылы өтеді. Бұл металл мен қождың үлкен жанасу ауданын қамтамасыз етіп, рафинадтау үрдістерінің өтуін күшейтеді. Қож қабатының астында орналасқан кристаллизаторда массасы бірнеше ондаған тоннаға жетуі мүмкін құйма балқып қапталады.

Электрқожды қайта балқыту нәтижесінде металл зиянды қоспалар мен бейметалл кірінділерден тазарады. Қайта балқытудан соң болаттағы күкірт мөлшері екі есеге жуық азаяды. Сумен суытылатын кристаллизаторда жылудың қарқынды әкетілуі металдың тез қатаюын және төменнен жоғары бағытталған кристалдануды қамтамасыз етеді. Нәтижесінде кеуектілік, отыру қопсымалылығы, аймақтық ликвация, бейметалл және газ кірінділері жоқ жоғары сапалы, біртекті тығыз құйма түзіледі. Электрқожды қайта балқыту металы әлдеқайда жоғары және біртекті механикалық қасиеттерге ие.

Электрқожды қайта балқытудың түр өзгерісі – электрқожды құю. Бұл әдіспен сумен суытылатын металдық құю қалыптарында фасондық құймабұйымдар алуға болады. Электрқожды құю балқыған металдың құю қалыбын толтыруына негізделген. Ал бұл металдың ауамен, газдармен және қалып материалдарымен әсерлесуінің алдын-алуға көмектеседі.

Шығындалушы электродты вакуумды-доғалы қайта балқыту қондырғысының сұлбасы 6.7-суретте келтірілген. Қондырғы сумен суытылатын кристаллизатор орналасқан герметикалық камерадан тұрады. Ол келте құбыр арқылы вакуумдық жүйеге жалғанған. Қайта балқытылатын электрод, электрқожды қайта балқытудағыдай, алынатын құйманың болат маркасынан жасалады.

Вакуумды-доғалы қайта балқыту қондырғылары тұрақты тоқпен жұмыс жасайды. Шығындалушы электрод – катод, ал сумен суытылатын мыс кристаллизатордағы тазартылған металл құймасы – анод қызметін атқарады. Электр доға электрод пен затравка арасында тұталады, ал жұмыс жағдайында электрод пен балқыған металл арасында жанады. Жұмыс камерасындағы қысым 13 Па-дан кем деңгейде ұсталынады.

Вакуумды-доғалы қайта балқыту металды газдар мен бейметалл қірінділерден жақсы тазартады. Металл қасиетінің жоғарылауына вакууммен өңдеу және төменнен жоғарыға бағытталған кристалданудың арқасында қол жеткізіледі. Вакуумды-доғалы қайта балқыту әдісімен массасы үлкен құймалар балқытуға болады. Қазіргі уақытта массасы 60 т-ға дейінгі құймалар балқытылуы игерілген, массасы 100-200 т-ға дейінгі құймалар балқытуға арналған қондырғылар жобалануда.

1 – шығындалатын электрод; 2 – мыс кристаллизатор; 3 – табан; 4 – құйма; 5 – сұйық металл; 6 – трансформатор; 7 – балқытылған қож	1 – табан; 2 – кристаллизатор; 3 – құйма; 4 – соленоид; 5 – сұйық металл; 6 – электр доға; 7 – шығындалатын электрод; 8 – вакуумды камера; 9 – шток; 10 – бақылау терезесі; 11 – тығыздағыш
Сурет – Электрқожды қайта балқыту қондырғысының сұлбасы	Сурет– Вакуумды-доғалы қайта балқыту қондырғысының сұлбасы

Электронды-сәулелі қайта балқыту қондырғыларында металдың қыздырылуы және балқытылуы жоғары кернеулі зеңбірек сәулелендіретін электрон ағынының кинетикалық энергиясы есебінен жүргізіледі. Металдық шикіқұрамды жоғары қуатты электрондар шоғырымен атқылағанда кинетикалық энергия жылулық энергияға ауысады, нәтижесінде металл балқып, сумен суытылатын мыс кристаллизаторды толтырады. Қалыптасушы құйма балқып қапталған сайын төменге тартылады. Терең вакуум мен сумен суытылатын кристаллизаторда қатаюдың қолайлы жағдайларының үйлесімі механикалық қасиеттері жоғары аса таза металл алуға мүмкіндік береді.