8.4. Производство стали в индукционных печах

Первые предложения применить индукционный нагрев для плавки стали относятся к началу текущего столетия.

Индукционные печи делятся на печи с железным сердечником и без сердечника.

Сначала появились индукционные печи с железным сердечником. Они существуют двух типов (рис.8.3):

• печи с открытым горизонтальным каналом;

• печи с закрытым вертикальным или горизонтальным каналом.

Рис.8.3. Индукционные печи с сердечником (а) и тигельная (б):

1-индуктор; 2- сердечник; 3-кольцевой желоб с металлом; 4-тигель; 5-металл.

В печах с открытым каналом металл плавится током, индуцированным в самой садке; в печах с закрытым каналом электрическая энергия индуцируется в узком канале, заполненным жидким металлом, а твердая садка, нагревается вследствие циркуляции перегретого в канале металла.

Печи с открытым каналом не получили распространения.

Печи с закрытым каналом и железным сердечником получили большое распространение для переплава цветных металлов и для перегрева чугуна.

В данных печах происходит интенсивная циркуляция металла (выравнивание температуры).

Другое преимущество этих печей связано с возможностью работать на токах нормальной частоты. Соs печи достаточно высок (0,7-0,8). К недостаткам относятся:

• холодный шлак;

• необходимость оставлять в печи около 20% металла;

• низкая стойкость подового камня.

Наибольшее распространение получили индукционные печи без железного сердечника или тигельные индукционные печи. Они имеют ряд преимуществ

перед дуговыми печами:

• возможность плавить металл с весьма низким содержанием углерода, вследствие отсутствия электродов;

• отсутствие дуг облегчает получение металла с низким содержанием газов;

• электродинамическое перемешивание металла способствует получению однородного по химическому составу металла, ускорению реакций между металлом и шлаком, всплыванию Н.В.;

• низкий угар легирующих примесей, высокая производительность;

• возможность точно регулировать температуру процесса.

8.4.1. Устройство тигельной индукционной печи

Рис.8.4. Схема тигельной индукционной печи: 1 - индуктор; 2 - миканитовая прослойка; 3 - асбестовый картон; 4 - нижняя керамика; 5 - асбестовые диски; 6 - тигель; 7 - кольцо; 8 - верхняя керамика.

Данные печи применяются для производства низкоуглеродистых сталей и стального литья.

8.4.2. Принцип действия индукционных печей и особенности технологии выплавки стали

Под действием создаваемого индуктором переменного магнитного поля в нагреваемом металле индуцируется Э.Д.С. и возникает циркуляция тока, который проходит через металл и нагревает его.

После расплавления металл в печи непрерывно циркулирует под действием электродинамических эффектов. Электродинамические силы имеют радиальное направление к оси тигля с наибольшей величиной создаваемого ими давления на середине высоты тигля. Таким образом жидкий металл постоянно циркулирует. Чтобы исключить возникновение выпуклого мениска металла, уровень металла в тигле поддерживают несколько выше верхнего витка индуктора (верхний виток ниже верха тигля).

Футеровку тигля индукционной печи выполняют с использованием как кислых, так и основных огнеупоров. В кислой печи плавку ведут без окисления примесей, большую часть легирующих элементов вводят вместе с металлической частью шихты.

При основном процессе во время периода плавления наводят шлак присадками небольших порций шлакообразующей смеси, состоящей из извести, плавикового шпата и шамота. В этот период происходит окисление кремния, марганца и фосфора. К концу плавления необходимо удаление фосфора скачиванием шлака и наведением нового шлака. Если удаление фосфора и углерода необходимо после расплавления шихты, в ванну периодически вводят железную руду. Продолжительность окисления примесей составляет не более 15 мин. Раскисление можно вести диффузионным или осаждающим способом.