книги из ГПНТБ / Иванько, В. Ф. Пультовщик сталеплавильной электропечи учеб. пособие

в промежуточный ковш, а из него — в охлаждаемый водой медный кристаллизатор, в котором начинается затверде­ вание наружной поверхности заготовки.

§ 2. ВЫПЛАВКА СТАЛИ В КИСЛОЙ ПЕЧИ.

Дуговые электропечи с кислой футеровкой применяют при выплавке стали для фасонного литья. По сравне­ нию с основными печами кислая обладает большим не­ достатком: из стали нельзя удалить серу и фосфор. По­ этому при выплавке стали в кислых печах следует при­

В кислых печах нельзя также выплавлять стали с высо­ ким содержанием марганца, так как он вступает в реак­ цию с кремнием футеровки печи и увеличивает содержа­

ибольше тепла усваивается металлом;

3)как результат первых двух факторов нагрев ме­ талла происходит быстрее и продолжительность плавки сокращается;

4)стоимость кислых огнеупорных материалов мень­ ше, чем основных, а стойкость больше.

Во время периода расплавления нужно обращать внимание на состояние печи с кислой футеровкой. Если загружен легковесный лом, электроды быстро доходят до подины, но так как при таком ломе, количество жид­ кого металла на подине очень мало, возможны перегрев и разрушение подины от действия электрических дуг. На начавшееся разрушение подины указывает цвет выделя­ ющихся из печи дыма и газов; их цвет светлый с густы­ ми белыми хлопьями окислов кремния. В этом случае нужно отключить печь и добавить шихты под электроды.

40

в период расплавления. Не рекомендуется в завалку да­ вать шихту с большим содержанием ржавчины, так как окислы железа, взаимодействуя с кислой футеровкой, разрушают ее. Состав шихты подбирают так, чтобы со­

Кипение металла происходящее за счет окисления избыточного углерода, способствует перемешиванию ванны и удалению растворенных газов и силикатных не­ металлических включений.

§ 3. РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛИ СИНТЕТИЧЕСКИМИ ШЛАКАМИ

Рафинирование стали синтетическими шлаками явля­ ется новой технологией в восстановительный период плавки. Применение этой технологии позволило повы­ сить качество металла и увеличить производительность сталеплавильных агрегатов за счет сокращения восста­ новительного периода.1

Процессы раскисления стали, удаления серы и пере­ хода вредных примесей в шлак зависят от наличия вос­ становительного шлака и поверхности соприкосновения металла со шлаком. В обычных условиях эта поверх­ ность невелика, поэтому требуются длительные выдерж­ ки металла под шлаком до тех пор, пока протекают диф­ фузионные процессы.

Рафинирование стали в ковше происходит ускоренно благодаря увеличению поверхности соприкосновения ме­ талла и шлака. В ковш сливают необходимое количест­ во синтетического шлака из печи, выплавляющей эти шлаки. Затем ковш краном перевозят к печи, где долж­ ны выпускать плавку. Печь наклоняют и с большой вы­ соты сталь сливают на синтетический шлак в ковше. Происходит интенсивное перемешивание металла со шлаком, энергичное раскисление стали и удаление серы

1 За разработку и внедрение технологии производства высоко­ качественной стали обработкой в ковше синтетическими шлаками в 1966 г. присуждена Ленинская премия.

41

и вредных примесей. По данным исследований, если сталь в ковше обрабатывается основными восстанови­ тельными шлаками, то средняя продолжительность плавки уменьшается на 35—40 мин. Но значительный эффект получается при применении известково-глинозе- мистых шлаков.

Применение известково-глиноземистых шлаков по­ зволяет значительно сократить время плавки и повысить качество металла. После обработки стали в ковше полу­ чают более низкое содержание' серы, кислорода и неме­ таллических включений, металл становится более одно­ родным по сравнению с обычным ведением рафиниро­ вания металла в печи.

Синтетический известково-глиноземистый шлак со­ держит 52—55% СаО и 38—42% А12 03 . Выплавляют его в трехфазных дуговых электропечах типа сталепла­ вильных, но футеровку подины и откосов выкладывают из угольных блоков, заполняя швы между ними элек­ тродной массой. На металл кожуха печи ложится тепло­ изоляционный слой асбеста и шамотного кирпича.

Стены такой печи (где не достает шлак) и свод выкла­ дывают из хромомагнезитового кирпича. Чтобы включить такую печь после ее ремонта, составляют шихту из свежеобожженной извести и глинозема в нужной пропорции и добавляют молотый кокс. Для зажигания дуги на загру­ женной шихте сверху выкладывают треугольник из кус­ кового кокса и включают печь. Дуга загорается и через некоторое время на подине образуется некоторое количе­ ство шлака; с увеличением массы жидкого шлака добав­ ляют следующие порции шихты.

Подводимая мощность составляет в зависимости от емкости печи от 600 до 1500 кет. При применении машин для загрузки шихты и загрузки больших порций (до 1,5 т) подводимую мощность увеличивают до 3500— 4000 кет. Вторичное напряжение при этом составляет 180—220 в. Печной трансформатор (при использовании сталеплавильных печей) обычно загружен на 50—70%, поэтому коэффициент мощности 1 на таких установках высокий.

1 Мощность переменного тока отличается от мощности постоян­ ного тока введением коэффициента мощности. Этот коэффициент мощности зависит от приемника энергии переменного тока (см. гла­ ву I I I , § 3).

42

Температура синтетического шлака во время загруз­ ки шихты поддерживается в пределах 1550—1600°С. Пе­ ред выпуском синтетического шлака в ковш его подогре­ вают до 1750° С.

В настоящее время строят специальные шлакоплавилыіые печи.

§4. ВЫПЛАВКА ЭЛЕКТРОСТАЛИ

ВВАКУУМНОЙ ПЕЧИ

Рассмотрим выплавку стали с расходуемым элек­ тродом, так как выплавка с нерасходуемым электродом распространения не получила.

Перед плавкой кристаллизатор и поддон должны быть тщательно очищены от нагара, после чего на под­ дон укладывают темплет (затравку) из такого же мате­ риала, как и расходуемый электрод. Затравка предохра­ няет поддон от повреждения и служит основой, с кото­ рой начинает формироваться слиток. После установки темплета и расходуемого электрода поддон крепят к кри­ сталлизатору, кристаллизатор к печи и герметизируют с помощью вакуумной резины и асбестового шнура. Затем включают вакуумные насосы и откачивают воздух до со­ здания рабочего вакуума (10~3 —Ю- "4 ммрт.ст.), прове­ ряют герметичность печи и циркуляцию охлаждающей воды.

Получив необходимый вакуум, включают печь и опус­ кают расходуемый электрод к затравке до зажигания дуги. Зажигание может произойти при коротком замыка­ нии электрода с темплетом или при пробое промежутка между темплетом и электродом. При коротком замыка­ нии и броске тока электрод необходимо сразу немного поднять, чтобы ликвидировать короткое замыкание. Во­ зникшая электрическая дуга выделяет тепло, от которо­ го начинает плавиться торец расходуемого электрода и металл каплями падает на затравку, образуя слиток. Кристаллизаторы с боков охлаждаются интенсивнее, чем снизу, поэтому в верхней части слитка образуется лунка, имеющая углубление по оси слитка. Расходуе­ мый электрод под действием электрической дуги непре­ рывно оплавляется, а слиток, кристаллизуясь, растет вверх. При правильном ведении процесса размеры лун­ ки жидкого металла должны сохраняться постоянными,

43

а подача расходуемого электрода вниз должна вестись с такой скоростью, чтобы сохранить неизменными мощ­ ность печи и длину установившейся дуги.

Установлено, что основным условием экономичного и качественного процесса плавки в вакуумной дуговой пе­ чи является поддержание возможно короткой длины ду­ ги. Но слишком короткая дуга недопустима, так как сте­

электрода должна соответствовать скорости отвердева­ ния и кристаллизации наплавляемого слитка. В этом случае слиток получается плотным и однородным. Эти. условия поддерживаются с помощью автоматических ре­ гуляторов печи, рассматриваемых ниже.

Для повышения выхода годного металла в конце плавки ВДП переводится на пониженную мощность, что­ бы подводимая мощность была несколько меньше теп­ ловых потерь. В этом случае процесс плавления элект­ рода прекращается и жидкий металл в лунке начинает кристаллизоваться в направлении снизу вверх, благода­ ря чему уменьшается усадочная раковина в выплавляе­ мом слитке, приближаясь к его торцу. Это режим выве­ дения усадочной раковины. После застывания лунки жидкого металла печь отключается и слиток охлажда­ ется в вакууме до температуры, при которой металл не окисляется при соприкосновении с воздухом.

нии стенки кристаллизатора возможен взрыв. Необходи­ мый зазор между поверхностью электрода и стенкой кристаллизатора устанавливают при проектировании и его следует соблюдать при эксплуатации печи. Этот за­ зор возрастает с увеличением диаметра кристаллиза­ тора.

Технология выплавки стали в печи ВДП имеет следу­ ющие преимущества:

1) отсутствует взаимодействие расплавленного ме­ талла с воздухом, металл не окисляется и не насыщает­ ся газами;

2) благодаря вакууму осуществляется глубокая дега­ зация стали;

44

3)сталь не загрязняется огнеупорными материалами футеровки;

4)кристаллизация слитка в охлаждаемом кристал­ лизаторе имеет направленное распространение снизу вверх и оказывается лучшей, чем в обычной изложнице; при этом имеется возможность выведения усадочной ра­ ковины.

Но слитки, полученные из печи ВДП, имеют поверх­

металла по содержанию газов и неметаллических вклю­

Основные факторы, способствующие значительному повышению качества металла при выплавке в электро­ шлаковых печах, следующие:

1)эффективное рафинирование стали специальными шлаками, очищающими сталь от нежелательных приме­ сей;

2)направленная кристаллизация металла, обеспечи­ вающая получение плотного слитка, с выведенной уса­

дочной раковиной; 3) поверхность слитка после выплавки не имеет де­

фектов.

Некоторые узлы печи ЭШП подобны узлам вакуум­ ной дуговой печи (расходуемый электрод, кристаллиза­ тор), но процесс ЭШП существенно отличается от ВДП.

1. Если в печи ВДП горит дуга между электродом и слитком, то в печи ЭШП электрическая энергия преоб­ разуется в тепловую при прохождении тока от электро­ да через шлак, т. е. печь ВДП работает как печь сопро­ тивления и только при пуске печи ЭШП возможен крат­ ковременно дуговой процесс.

2. Печь ЭШП работает на переменном токе промыш­ ленной частоты, что является одним из преимуществ данного процесса по сравнению с печами ВДП, рабо­ тающими преимущественно на постоянном токе.

45

3. В печи ЭШП слой шлака частично защищает ме­ талл от действия атмосферы. Следует отметить, что как для вакуумных печей, так и для печей ЭШП применяют два варианта отливки слитков:

1— слиток начинает формироваться снизу кристаллиза­ тора и заканчивает вверху; 2— слиток начинает формироваться вверху кристаллиза­

тора и заканчивает внизу, при этом поддон кристалли­ затора непрерывно движется вниз; этот вариант назы­ вается вариантом отливки слитков с вытягиванием из кристаллизатора, его применяют при непрерывной раз­ ливке стали, а при выплавке слитков в печах ВДП и ЭШП используют преимущественно первый вариант, ко­ торый и рассматривается нами при выплавке сталей ме­ тодами ВДП и ЭШП.

Технологический процесс выплавки стали методом

кристаллизатор и поддон.

Затравка представляет собой лепешку из материала,

совершенно чистой и ее поверхность обработанной на то­ карном станке для создания хорошего электрического контакта с поддоном. Зазор между затравкой и кристал­ лизатором закладывают асбестовым шнуром. Устанавли­ ваемый новый расходуемый электрод должен быть со­ вершенно чистым, без ржавчины и правильно приварен электросваркой к держателю электрода, а держатель за­ жимается уже в зажиме электрододержателя. Можно

46

использовать для расходуемых электродов штанги про­ катанного металла, которые были забракованы из-за во­ лосовин, трещин и некоторых других пороков, которые исчезают при переплаве штанги. Электрод устанавлива­ ют до соприкосновения с электропроводным флюсом, за­ тем засыпают рабочий флюс.

Электропроводный флюс вводят для наведения шлака в жидком состоянии и начала процесса электрошлаково­ го переплава, так как рабочий флюс не является элек­ тропроводным, пока находится в холодном состоянии. Электропроводный флюс марки С-1 содержит 66% рабо­ чего флюса, 17% алюминиево-магниевого порошка и 17% калиевой селитры. Применяют рабочие флюсы марок АНФ-6, АН-291 и др., их выбирают для плавки с учетом марки выплавляемой стали.

Все флюсы перед загрузкой в кристаллизатор про­ каливают при температуре 200—300° С. Если выплавля­ емый металл обладает способностью быстро окисляться, то расходуемый электрод такого металла покрывается защитным покрытием (пастой) для предотвращения его окисления.

включения насоса охлаждающей воды включают печь на пониженную мощность для расплавления флюса и созда­ ния шлаковой ванны. Вначале начинает расплавляться электропроводный флюс, а потом рабочий. В этот период возможно появление электрических дуг. В эту началь­ ную часть периода плавки важно не допуститьпривари­ вания затравки к расходуемому электроду и расплавле­ ния самой затравки, поэтому иногда практикуют крат­ ковременное отключение печи через 10—15 мин после включения, чтобы на затравке образовалась дополни­ тельная лепешка из выплавляемого металла.

После наведения шлаковой ванны процесс стабили­ зируется, расходуемый электрод погружается в шлако­ вую ванну, но не до дна (рис. 12), и начинается нормаль­ ное плавление расходуемого электрода из-за выде­ ления тепла в шлаке как в сопротивлении. Под дейст­ вием выделившегося в шлаке тепла начинает плавиться расходуемый электрод и капли металла электрода, про-

47

ходя через слои шлака и очищаясь в нем от кислорода, серы и неметаллических включений, опускаются на дно кристаллизатора, создавая ванну жидкого металла. На­

О с т ы в а н и е с л и т к а н е г о у д а л е н и е . В печи ЭШП плавление и кристаллизация металла происходят в лучших условиях, чем в обычной дуговой печи. Во-первых, металл ЭШП совершенно не загрязняется огнеупорной футеровкой, так как ее нет; во-вторых, в охлаждаемом кристаллизаторе происходит более качественная кристаллизация и слиток получается более однородным и плотным. Так, плотность обычной стали ШХ15СГ составляет 7,808 г/см3 (стали, выплавлен­ ной способом ЭШП,— 7,855 г(см3). Увеличение плотно-

48

сти объясняется достаточно быстрой направленной кри­ сталлизацией с непрерывной подпиткой жидким ме­ таллом.

После выведения усадочной раковины печь отключа­ ют, поднимают электрод и слиток остывает примерно до температуры 900—1000° С. Время остывания в кристал­ лизаторе для различных сталей определяется инструк­ цией.

После выдержки кристаллизатор поднимают с по­ мощью подъемной тележки, а слиток на выкатной те­ лежке выкатывают от печи и снимают краном, причем длительность охлаждения слитка зависит от марки ста­ ли. Удаляют со слитка шлаковую надставку, слиток мар­ кируют, одновременно из электрододержателя вынима­ ют огарок электрода и начинают работы по подготовке к следующей плавке.

Следует отметить, что на печах ЭШП для получения особо высококачественной стали применяют двойной пе­ реплав.

2.По каким признакам можно определить, что электроды про­ плавили шихту и «дошли до подины»?

3.Назначение вращения ванны в период плавления?

4.Как ускорить расплавление остатков шихты, находящейся в одном месте печи на откосах?

5.Роль кислорода в период плавления шихты?

6.Роль кислорода в окислительный период плавки?

7.Как определяется конец периода расплавления?

8.Назначение окислительного периода плавки?

9.Назначение восстановительного периода плавки?

10.Какие факторы в печах ВДП способствуют значительному по­ вышению качества металла?

11.В чем сущность эффективного действия синтетических шлаков

повышению качества металла?

4—85

4