книги из ГПНТБ / Каблуковский А.Ф. Перспективы развития электрометаллургии

Яна для ремонта |

сталеразпиёочных

ковшей

Рис. 25. Размещение оборудования в отделении дуговых печей сталеплавильного цеха дуплекс-процесса

Зак. 1821

Рис. 26. Разрез электропечного отделения сталеплавильного цеха дуплекс-процесса

НОВЫЕ СПОСОБЫ ВЫПЛАВКИ ЭЛЕКТРОСТАЛИ

Обычные способы выплавки электростали не всегда обеспе­ чивают получение сталей и сплавов требуемого состава и каче­

ства. Так, выплавка различных сортов стали с низким содержа­

нием углерода, кремния и других элементов в дуговых электро­ печах с основной футеровкой затруднительна. Относительно вы­ сокое содержание углерода в феррохроме и дополнительное на­ углероживание металла в процессе плавки за счет углерод-

содержащей футеровки и графитированных электродов не позво­ ляют организовать серийную выплавку в дуговых печах кислото­ упорной стали с содержанием углерода менее 0,04%.

Насыщение металла кремнием в дуговых электропечах про­ исходит в результате диффузионных кремневосстановительных процессов и остаточных содержаний в легирующих ферросплавах.

Присутствие в обычной электростали сравнительно высоких концентраций кислорода, водорода и азота увеличивает загряз­ ненность металла неметаллическими включениями и тем самым значительно снижает его качество. Повышение требований раз­ личных отраслей народного хозяйства к составу и качеству ста­ ли и сплавов некоторых (марок вызвало дальнейшее развитие электроплавки в направлении разработки новых, более опти­ мальных способов получения электрометалла.

В настоящее время для выплавки отдельных сортов электро­ стали все более широко применяют индукционные плавильные печи с основной футеровкой, индукционные вакуумные печи, дуговые вакуумные печи с расходуемым электродом, установки

для электрошлакового переплава.

1. ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ

Индукционная печь без железного сердечника представляет собой своеобразный трансформатор, у которого первичной об­ моткой служит индуктор, а вторичной — металлическая шихта, загружаемая в огнеупорный тигель. Проходя через индуктор,

электрический ток определенной частоты создает переменный

поток магнитного поля, который наводит в металлической садке

э.д.с. индукции.

Плавка стали в индукционной печи имеет ряд преимуществ перед плавкой в дуговой электропечи:

60

а) отсутствие углеродсодержащей футеровки и графитиро­ ванных электродов позволяет выплавлять сталь с содержанием

углерода ниже 0,03%;

б) отсутствие электрических дуг и водоохлаждающих устрой­

ств над ванной металла облегчает получение стали с низким со­

держанием газов;

в) электромагнитное перемешивание жидкой стали улучшает

химическую однородность металла, ускоряет реакции между металлом и шлаком, способствует всплыванию неметаллических включений и облегчает условия труда обслуживающего персо­

нала;

г) возможность более точного измерения и регулировки тем­ пературы металла по ходу плавки;

д) меньшая продолжительность плавки и низкий угар желе­ за и легирующих элементов;

е) возможность дегазации металла путем выплавки металла в вакууме;

ж) меньшее выделение плавильной пыли и лучшие условия для ее улавливания;

з) меньший удельный расход огнеупоров и более легкий уход за футеровкой;

и) большие предпосылки для комплексной механизации

и автоматизации всего технологического процесса.

Емкость плавильных тиглей индукционных печей постоянно увеличивается. Некоторые характеристики больших открытых высокочастотных печей Швеции приведены в табл. *9.

♦Два генератора по 1700 кет.

••Два генератора по 2200 кет.

Мощность генератора для подогрева металла 900 кет.

Основная футеровка плавильных тиглей большой емкости

Главным препятствием для широкого внедрения индукцион­ ных печей большой емкости на металлургических и машиностро­ ительных заводах является низкая стойкость основной футеров-

* Б. Н. Ладыженский. Отчет по научно-исследовательской работе, ЦНИИТМАШ, Москва, 1956.

61

ки тиглей. До настоящего времени футеровку индукционных пе­ чей емкостью более 500 кг выполняют преимущественно из кис­ лых материалов.

В качестве огнеупорной массы применяют кварцит с содержа­ нием кремнезема не менее 95% и с минимальным содержа­ нием окислов. Наиболее часто употребляют массу следующего гранулярного состава: 35% крупного зерна (от 1,5 до 3 мм) и 65% мелкого зерна, (до 1,5 мм). Для связки к смеси указанных фракций добавляют 1,5% технической борной кислоты. Сорта­ мент сталей, выплавляемых в индукционных печах с кислой фу­ теровкой, крайне ограничен. Некоторые марки стали с высоким содержанием марганца, алюминия, титана и с низким содержа­

нием кремния, серы и фосфора возможно выплавлять только в печах с основной футеровкой. При выплавке высокомарганцо­ вистых сталей кислая футеровка быстро разрушается, так как закись марганца реагирует с кремнеземом футеровки и образует легкоплавкий силикат. Алюминий, титан и другие элементы вос­ станавливают кремний из футеровки, и легированная сталь из печи с кислой футеровкой оказывается некондиционной по крем­ нию.

Повышенное содержание в металлической шихте серы и фос­ фора также препятствует проведению плавок в кислом тигле.

Растущая потребность промышленности в хромоалюминиевых сплавах для нагревательных элементов, работающих при темпе­

ратурах 1250—1300°, и в специальных плавках легированной стали потребовала проведения работ по подбору более стойких

основных огнеупорных материалов для футеровки тиглей индук­

ционных плавильных агрегатов.

В результате длительных исследований был найден состав основной массы, который обеспечивает надежную стойкость пла­ вильного тигля емкостью 1,5 т в течение 40 плавок. Эксплуатация основной индукционной печи позволила разработать и внедрить в производство технологию выплавки сталей ответственного

назначения, плавка которых в дуговых электропечах затрудни­

тельна.

Для изготовления основной футеровки 1,5-т тигля применяют огнеупорную массу, в состав которой входят следующие мате­ риалы.

1. Металлургический магнезитовый порошок марок МПМЗ (все фракции) или МПЭП (фракции 4—2 мм). Порошок должен иметь светло-бурый цвет и следующий химический состав: не бо­ лее 3% СаО, не более 3% SiCb, не более 1,5% Fe2O3, не более 1% AI2O3, не менее 85% MgO. Потери при прокаливании должны быть в пределах 3—5%.

2. Магнезитохромитовый порошок, полученный после размо­ ла термостойкого магнезитохромитового кирпича марки МХС (ЧМТУ 5129—55) на бегунах. Для размола используется как новый кирпич, так и здоровая часть кирпича из отработанных

62

сводов дуговых электропечей после отделения обгорелых концов,,

пропитанных окислами. Химический состав магнезитохромито­ вого порошка должен быть следующим: не менее 60% MgO,

12—18% Сг2О3.

3. Каустический магнезит Ситкинского месторождения сле­ дующего состава: не менее 75% MgO, не более 6,0% СаО, не бо­

лее 1,5% S1O2, не более 1,5% Fe2O3, не более 1,5% А120з.

Потери при прокаливании не более 10%, содержание влаги

4. Молотый на бегунах плавиковый шпат с содержанием фто­ ристого кальция не менее 92%, кремнезема не более 4% и серы не более 0,02%.

5. Молотая огнеупорная глина Латкенского месторождения с содержанием суммы глинозема и двуокиси титана 20,5—31,8%,. окиси железа 0,7—1,0%. Потери при прокаливании в пределах

6,9—10,4%, влажность 5,3—8,0%.

Перед употреблением магнезитовый порошок и размолотый магнезитохромит рассеивают на фракции с размером зерна ог 4 до 2 мм, от 2 до 1 мм и меньше 1 мм. Каждую фракцию хранят в отдельном закроме. Каустический магнезит, молотую огнеупор­ ную глину и плавиковый шпат первого сорта применяют в виде муки, после просеивания через сито с размером ячейки 1 мм.

Дозировку составляющих для основной футеровки производят по весу. Состав огнеупорной массы указан в табл. 10.

Все составляющие смешивают в специальных металлических

лотках до замачивания водой. После добавления воды (5%) массу снова перелопачивают до равномерного увлажнения, а за­ тем ссыпают в металлическую коробку. Массу готовят порция­ ми по 100 кг. Полученную массу считают доброкачественной, если ее комок после сжатия в руке не рассыпается. После изго­ товления одиннадцати порций массу (1100 кг на один тигель) покрывают мокрой мешковиной и выдерживают не менее 16 час.

Не разрешается хранить готовую массу более 48 час.

63.

Перед набивкой тигля индуктор очищают, продувают и опрес­ совывают водой под давлением 8—10 атм. Тщательно осматри­

вают и проверяют механизм наклона печи и крепление индукто­ ра. После этого внутреннюю поверхность индуктора обмазывают

изолирующим составом из кварцевой (66%) и алебастровой

(34%) муки. Массу перемешивают, увлажняют водой до конси­

стенции густой сметаны и быстро наносят на индуктор равномер­ ным слоем толщиной не более 5 мм.

Для повышения прочности обмазку окрашивают раствором тонкосеяного магнезитохромитового порошка в жидком стекле и просушивают в течение 30—40 мин. легким пламенем костра,

разведенного на подовых камнях.

Перед набивкой тигля на подовые камни и изолирующий слой

индуктора укладывают листы миканита (2 мм) и асбеста (4—5 мм). Листы в индукторе укрепляют съемными прижимными

металлическими кольцами. Подину тигля набивают слоями. Каж­

дый раз массу засыпают на толщину 25—30 мм и плотно утрам­

бовывают плоской пневматической трамбовкой. Перед засыпкой каждого последующего слоя поверхность предыдущего тщатель­ но разрыхляют острым прутком на глубину 5 мм. Недостаточное

разрыхление утрамбованного слоя может явиться причиной обра­ зования поперечных трещин в процессе эксплуатации тигля.

После набивки на подину строго по центру индуктора уста­ навливают сварной металлический шаблон с дном из листового железа толщиной 5 мм (рис. 27), Для лучшего просушивания футеровки тигля в стенках и днище шаблона просверливают 100—150 отверстий диаметром 3—5 мм. Для большей устойчи­ вости при набивке стен в шаблон помещают груз весом 400— 500 кг. После установки между шаблоном и индуктором засы­ пают огнеупорную массу. Порядок набивки стен аналогичен из­ готовлению подины. При набивке футеровки тигля особое внима­ ние обращают на равномерность распределения зерен в слоях и отсутствие посторонних примесей. Не следует допускать скоп­ ления в конце набивки слоя зерен крупной фракции.

Набитый тигель выдерживают не менее 24 час. В течение двух часов тигель сушат дровами, затем в течение 12—14 час. кок­ сом. Для равномерного горения кокса по всей высоте тигля воз­ дух подают сверху с перерывами. Нельзя допускать интенсив­ ного горения кокса, так как это может привести к прожиганию шаблона. После окончания сушки кокс удаляют из тигля (без наклона печи) и заваливают шихту первой обжиговой плавки,

для которой рекомендуется выбирать сталь марки Р9, XI2 или углеродистую сталь.

Перед включением тока проверяют систему водоохлаждения индуктора. После включения на верхней части набитого тигля выкладывают кольцо из термостойкого магнезитохромитового кирпича.

64