Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




25.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019





Яндекс.Метрика

Контакты | Карта сайта
         » » Период плавления стали

Период плавления стали

21.03.2019

В этот период главная задача сталевара состоит в том, чтобы обеспечить быстрое расплавление шихты, поэтому печь работает в это время на максимально допустимой мощности.

В начале плавления электрические дуги открыто горят под самым сводом, так как уровень шихты еще высок (рис. 23). Чтобы не допустить поджога свода электрическими дугами большой длины, плавку ведут в течение первых 8—10 мин на пониженном напряжении, включая трансформатор на вторую или третью ступень напряжения. Через 10—15 мин после включения дуги проплавляют в шихте колодцы, диаметр которых примерно в полтора раза превышает поперечник электрода. Электроды погружаются в колодцы, и с этого момента электрические дуги оказываются экранированными шихтой (рис. 23,б). Это позволяет переключить печной трансформатор на первую ступень напряжения и продолжать плавление на максимальной мощности. Если поверх завалки загружена стружка или легковесный скрап, можно начинать плавление сразу с высшей ступени напряжения.

Движение электродов вниз продолжается до тех пор, пока электрические дуги не придут в соприкосновение с жидким металлом, скопившимся на подине печи (рис. 23,в). Шихта, окружающая электроды, постепенно оплавляется и оседает. Уровень жидкого металла постепенно повышается. Электроды начинают подниматься, так как автоматический регулятор поддерживает длину дуги постоянной. Куски шихты иногда свариваются, образуя «мосты», которые препятствуют равномерному оседанию шихты в расплав. При этом уровень жидкого металла на поду перестает повышаться, и электроды долгое время остаются па одном месте. Так как количество жидкого металла еще мало, он сильно перегревается, что может привести к выгоранию футеровки пода и откосов и образованию ям. Поэтому образующиеся мосты следует разрушать и шихту сталкивать в зону плавления.

При большом количестве крупной шихты обвал тяжелых кусков может вызвать поломку электродов. Поэтому через 20—30 мин после включения, когда электрические дуги проплавили колодцы, поднимают электроды и сталкивают шихту в колодцы металлическим прутом или мульдой, надетой на хобот завалочной машины. К концу периода плавления на откосах обычно сохраняются куски шихты, которые медленно растворяются в жидком металле. Чтобы ускорить окончание расплавления, остатки шихты стаскивают с откосов к середине печи.

К концу периода плавления шихта уже не экранирует электрические дуги, поэтому необходимо уменьшить подаваемую в печь мощность, для этого трансформатор переключают с высшей ступени вторичного напряжения на средние — вторую или третью. Таким образом, плавление ведется по ступенчатому режиму. Чем выше применяемое напряжение, тем длиннее дуги и меньше ток, тем меньше электрические потери в короткой сети и электродах, пропорциональные квадрату силы тока, и тем эффективней использование электроэнергии, т. е. выше электрический к. п. д. Чем длинее дуга, тем большее количество шихты плавится одновременно. В то же время длинные мощные дуги не опасны для футеровки в начале плавки, так как футеровка печи за время завалки остывает, и передача ей значительного количества тепла не вызывает сильного перегрева. К концу периода плавления футеровка прогревается, дуги открыты, поэтому необходимо уменьшить подаваемую в печь мощность, для этого трансформатор переключают на средние ступени напряжения. Дроссель шунтируют как только прекратятся обвалы шихты.

Теоретически для расплавления 1 т стали необходимо затратить 340 квт*ч электроэнергии. С учетом электрических и тепловых потерь (электрический к. п. д. можно принять равным 0,9 и тепловой 0.8), удельный расход энергии в период плавления обычно составляет 340/0,9*0,8 = 470 квт*ч.

Еще при опускании электродов из присаженной извести и внесенных шихтой окалины и ржавчины на поверхности металла образуется шлак. Впоследствии он обогащается продуктами разрушения футеровки печи — окисью магния и, если на печи установлен свод из динасового кирпича, кремнеземом, продуктами окисления примесей металла кислородом воздуха и окислами, внесенными шихтой — кремнеземом SiО2, закисью марганца MnO. Эти окислы практически нерастворимы в жидкой стали, поэтому значительная их часть поднимается на поверхность металла, образуя шлак. Кремний, алюминий и гитан обычно полностью окисляются в период плавления. В этот период окисляется также около половины марганца. Если шихта содержит много марганца и кремния, то для полного их окисления в период плавления следует дать в завалку повышенное количество железной руды.

Чтобы освободить металл от кремния, марганца, хрома и прежде всего от такой вредной для стали примеси, как фосфор, шлак периода плавления должен обладать определенными физико-химическими свойствами. Во-первых, он должен содержать достаточное количество окислителя — непрочных окислов железа; для этого количество присаживаемой в расплав руды регулируют таким образом, чтобы в шлаке было не менее 12% закиси железа. Во-вторых, шлак должен быть достаточно основным (когда речь идет об удалении кремния, фосфора или хрома). Основность шлака измеряется обычно отношением массовых концентраций окиси кальция CaO и кремнезема SiO2; чем больше в шлаке окиси кальция и чем выше основность, тем успешнее протекает процесс окисления примесей в металле и поглощение окислов шлаком. Основность шлака к концу периода плавления должна быть не менее 1,0. По ходу плавления в печь присаживают известь в количестве до 3% от массы металлической шихты. В-третьих, шлак должен быть достаточно жидким, а металл не очень горячим. Чем ниже температура жидкого металла, тем полнее может удаляться фосфор. Для разжижения в шлак добавляют плавиковый шпат или шамотный бой, обогащающий шлак окислами алюминия AbO3 и кремнеземом.

Примерный состав шлака по расплавлении шихты колеблется в следующих пределах: 30—45% CaO; 15—25% SiO2; 5—10% MgO; 5—10% MnO; 3—5% Al2O3; 8—20% FeO+Fe2O3; 0,7—1,2% P2O5; 0,1—0,2% S.

Своевременное формирование шлака — одна из главных забот сталевара в период плавления. Рано образовавшийся шлаковый покров уменьшает потерн тепла, излучаемого металлом, и предохраняет ванну от науглероживающего действия электродов. Это особенно важно, когда плавку ведут без окисления. Присадку извести в печь в этом случае желательно начинать, когда электроды приближаются к подине. Загрузка извести в это время предотвращает также перегрев и срыв наварной части подины. Присутствие извести в шлаке повышает устойчивость горения дуги.

Помимо кислорода, металл, не прикрытый шлаковым покровом, интенсивно поглотает из атмосферы азот и водород. Этому способствует разложение азота и влаги в электрической дуге, в результате чего образуется легко растворяющийся в жидкой стали атомарный азот и водород. Раннее образование шлака, мешающего насыщению ванны азотом и водородом, приобретает особое значение, если технология плавки не предусматривает проведения окислительного периода, во время которого можно сильно понизить содержание этих газов в металле.

Продолжительность периода плавления зависит от параметров печи и трансформатора, размещения шихты в печи и способа загрузки. На скорость плавления влияют размеры рабочего пространства. В печах с глубокой ванной и относительно малым диаметром кожуха плавление заканчивается быстрее из-за меньшей теплоотдающей поверхности и более длинного пути, который проходят электроды в процессе плавления. При большом распаде электродов ускоряется плавление шихты, лежащей ближе к откосам. Правильное размещение шихты в печи облегчает зажигание дуг, обеспечивает их более спокойное и устойчивое горение, а также хорошее использование мощности трансформатора.

В период плавления мощность трансформатора используется наилучшим образом. Продолжительность плавления тем меньше, чем выше полезная мощность трансформатора и чем ниже тепловые потери печи. Если состояние трансформатора и электропроводки позволяет, то для ускорения расплавления можно в течение 1—1,5 ч использовать перегрузку, допускаемую паспортом трансформатора.

Несимметричность короткой сети вызывает неравномерное распределение мощности между дугами разных фаз. Неравномерность нагрева и, следовательно, скорости плавления шихты связана также с охлаждающим влиянием окон, большим охлаждением стенки печи напротив стоек. В зоны, где плавление протекает быстрее, следует загружать больше шихты, туда же целесообразно сталкивать крупные куски во время плавления.

Современные электрические печи обычно оборудуют устройством для вращения корпуса. Перед включением печь поворачивают таким образом, чтобы завалочное окно было отклонено от своего нормального положения на 40°. После проплавления колодцев в шихте свод и электроды поднимают и поворачивают корпус печи в противоположном направлении на 80°. Затем печь снова включают. После проплавления в шихте еще трех колодцев корпус печи вновь поворачивают на 40°, так что рабочее окно оказывается в нормальном положении. За счет поворотов корпуса зона непосредственного действия электрических дуг значительно увеличивается, это способствует равномерному, прогреву шихты и предотвращает разрушение подины из-за местного перегрева.

Для ускорения процесса расплавления шихты се иногда подогревают за счет сжигания топлива. На некоторых заводах подогрев проводят в бадье, перед загрузкой в печь. Применяют также нагрев шихты путем сжигания газо-кислородной смеси внутри электропечи. При этом удается серьезно сократить длительность плавления и уменьшить удельный расход электроэнергии.

Длительность плавления может быть сокращена за счет использования газообразного кислорода. Кислород подают через железные трубки диаметром 1/2—3/4 дюйма. Давление кислорода в подводящей сети 8—12 ат. Через 1—1,5 ч после включения печи, когда на подине, в середине ее, накопилось значительное количество жидкого металла, а твердая шихта нагрета докрасна, начинают подрезать мосты. Струю направляют на нерасплавившийся скрап, который при этом плавится и частично окисляется. Подрезка шихты требует от сталевара особой внимательности: он должен следить за положением конца трубки и не допускать соприкосновения его с футеровкой печи, которая в зоне действия струи кислорода быстро разрушается.

При раннем введении кислорода наряду с сокращением продолжительности плавления и удельного расхода электроэнергии значительно возрастает расход кислорода и угар шихты. Поэтому в большинстве случаев продувку стали кислородом начинают не ранее чем расплавится 3/4 шихты. При этом трубки погружают в шлак до плоскости раздела с металлом. При вводе кислорода в относительно холодную ванну начинает окислиться железо, кремний, марганец и другие примеси, в результате чего выделяется громадное количество тепла и значительно повышается температура металла. Разогрев ванны обеспечивает быстрое расплавление остатков твердого скрапа. Длительность расплавления сокращается на 10—20 мин. Расход кислорода составляет 5—10 м3/т.

В период плавления находящийся под непосредственным воздействием электрических дуг металл частично испаряется. Пары металла окисляются и удаляются из печи в виде бурого дыма. В этот период испаряется приблизительно 2—3% металла. При продувке ванны кислородом интенсивность испарения и окисления металла увеличивается, так как в том месте ванны, куда вдувают кислород, температура металла превышает 2000° С.

После расплавления всей шихты ванну тщательно перемешивают гребками и отбирают пробу для экспресс-анализа содержания в стали углерода, марганца, фосфора, никеля и в случае необходимости — при выплавке легированной стали из лома сложного состава — других элементов. Отбор пробы для химического анализа — важная операция, поэтому следует остановиться на ней подробнее.

Обычно пробу стали отбирают хорошо ошлакованной стальной ложкой, так как оплавление неошлакованной ложки может привести к искажению химического состава анализируемого металла. Искажение состава металла возможно также вследствие реакции между углеродом стали и окалиной, покрывающей ложку. Возможно также приваривание металла к ложке, приводящее к ее порче.

Пробу не следует брать сразу после введения в ванну тех или иных добавок. Перед отбором проб ванну необходимо тщательно перемешать, так как распределение элементов в жидком металле может быть неоднородным.

Наиболее распространенными видами проб для химического экспресс-анализа являются пробы в виде скрапины и пробы в виде небольшого слитка, отливаемого в металлическую изложницу-стаканчик. Пробу в виде скрапины обычно отбирают в тех случаях, когда металл допускает закалку до хрупкости, необходимой для измельчения его в ступке. Скрапина представляет собой кружевообразные всплески металла толщиной 0,2—0,6 мм.

Пробу обычно берет сталевар, применяя при этом различные приемы. Например, при сливе стали из ложки на плиту быстрым движением ручки лопаты подсекают струю металла. На поверхности лопаты при этом остается отвердевшая часть металла, которую тут же сбрасывают в воду. Наиболее чистую часть скрапины без шлаковых включений и цветов побежалости дробят в специальной ступке пневматическим молотком пли механическим приспособлением. После дробления пробу просеивают для освобождения ее от крупных и мелких посторонних частиц (окалины, шлака и т. п.). Подготовка пробы в виде скрапины требует 1—2 мин, что позволяет выполнить анализ на углерод, марганец и серу за 4—7 мин с момента поступления пробы в лабораторию.

Недостатком метода является занижение показаний по содержанию углерода. Метод не применим при содержании углерода в стали менее 0,15%, так как скрапина в этом случае плохо дробится.

Применяют и другие методы получения скрапины, например метод намораживания на стальной стержень, погружаемый в ложку с металлом на 1—2 сек. На стержне застывает корочка металла толщиной 0,3—1,5 мм. Она легко отделяется, если стержень смочить водой, и дробится как Скрапина.

Если проба не поддается закалке, ее отбирают в специальную изложницу-стаканчик. Окисленный металл при этом обязательно раскисляется алюминием (около 1% от массы пробы). Пробу до затвердевания выбивают из изложницы и после некоторого остывания опускают в воду до полного охлаждения.

Для проведения химического анализа с боковой поверхности пробы отбирают стружку (чаще всего сверлом). При этом верхний слой пробы снимают на наждачном камне или первую порцию стружки отбрасывают.

Чаще всего применяемые пробы имеют вид усеченного конуса с основаниями диаметром 30—50 или 40—80 мм и высотой 60—90 мм.

Иногда отбор проб производят в разъемный угольник размером 50х45х40. Проба, взятая в угольник, наиболее полно отвечает среднему содержанию компонентов в металле, особенно по углероду и сере.

Стружка, отобранная сверлом, растворяется быстрее, чем дробленая скрапина, лучше сгорает. Ho на охлаждение такой пробы (как и на охлаждение пробы, взятой в стаканчик) затрачивается 8—12 мин, если сталь содержит много углерода, хрома, молибдена. Такая сталь при более быстром охлаждении закаливается, что затрудняет отбор стружки. Отбор пробы в стаканчик или угольник целесообразен лишь для сталей, не поддающихся закалке.

Для отбора проб предложены различные приборы, действующие под влиянием вакуума. В некоторых приборах применяют кварцевую пробницу. При этом получаются образцы диаметром 4—6 и длиной 75 мм, В других приборах пробница металлическая, допускающая многократное применение. Наиболее приемлемым методом является использование пробоотборников, действующих по принципу всасывания металла непосредственно из ванны печи.

Современные экспресс-лаборатории имеют отделения физических методов химического анализа, где при помощи спектрофотометров и фотоэлектрических спектрографов быстро и с большой точностью определяют содержание большинства элементов в стали.

Отбором первой пробы металла заканчивается период плавления шихты.