Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 4 )

Стали містять менше водню й кисню, неметалічних включень. Отже, киснула сталь має більше високі механічні властивості, особливо ударну в'язкість і пластичність, її використовують для особливо відповідальних деталей: колінчатих валів великих двигунів, роторів потужних турбін, шарикопідшипників.

Основними техніко-економічними показниками виробництва стали в мартенівських печах є:

·  продуктивність печі - збір сталі з 1м2 площі поду в добу (т/м2 у добу), у середньому становить 10 т/м2; р

·  витрата палива на 1т виплавлюваній сталі, у середньому становить 80 кг/т.

З укрупненням печей збільшується їхня економічна ефективність.

Виробництво сталі в кисневих конвертерах.

Киснево-конвертерний процес - виплавка сталі з рідкого чавуну в конвертері з основною футеровкою і продувкою киснемо через водоохолоджуючу фурму.

Перші досвіди в 1933-1934 - Мозковий.

Кисневий конвертер - посудина грушоподібної форми зі сталевого листа, футерований основною цеглою.

Місткість конвертера – 130…350т рідкого чавуну. У процесі роботи конвертер може повертатися на 360 0 для завантаження скрапу, заливання чавуну, зливу сталі й шлаків.

Шихтовими матеріалами киснево-конвертерного процесу є рідкий передільний чавун, сталевий лом (не більше 30%), вапно для наведення шлаків, залізна руда, а також боксит і плавиковий шпат для розрідження шлаків.

Послідовність технологічних операцій при виплавці сталі в кисневих конвертерах

Після чергової плавки стали випускний отвір зашпаровують вогнетривкою масою й оглядають футеровку, ремонтують.

Перед плавкою конвертер нахиляють, за допомогою завалочних машин завантажують скрап, заливають чавун при температурі 1250…14000C.

Після цього конвертер повертають у робоче положення, усередину вводять охолоджувану фурму й через неї подають кисень під тиском 0,9…1,4МПа. Одночасно з качаном продувки завантажують вапно, боксит, залізну руду. Кисень проникає в метав, викликає його циркуляцію в конвертері й перемішування зі шлаками. Під фурмою розвивається температура 2400 0C. У зоні контакту кисневого струменя з металом окисляється залізо. Оксид заліза розчиняється в шлакам й металі, збагачуючи метав киснемо. Розчинений кисень окисляє кремній, марганець, вуглець у металі, і їхній зміст падає. Відбувається розігрівши металу теплотою, що виділяється при окислюванні.

Фосфор віддаляється на качану продувки ванни киснемо, коли її температура невисока (зміст фосфору в чавуні не повинне перевищувати 0,15%). При підвищеному змісті фосфору для його видалення необхідно зливати шлаки й наводити новий, що знижує продуктивність конвертера.

Сірка віддаляється протягом всієї плавки (зміст сірки в чавуні повинне бути до 0,07 %).

Подачу кисню закінчують, коли зміст вуглецю в металі відповідає заданому. Після цього конвертер повертають і випускають сталь у ківш, де розкисляють осаджуючим методом феромарганцем, феросиліцієм і алюмінієм, потім зливають шлаки.

У кисневих конвертерах виплавляють сталі з різним змістом вуглецю, що киплять і спокійні, а також низьколеговані сталі. Легуючі елементи в розплавленому виді вводять у ківш перед випуском у нього стали.

Плавка в конвертерах місткістю 130...300 т закінчується через 25...30 хвилин.

Виробництво стали в електропечах

Плавильні електропечі мають перевагу в порівнянні з іншими плавильними агрегатами:

а) легко регулювати тепловий процес, змінюючи параметри струму;

б) можна одержувати високу температуру металу,

в) можливість створювати окисну, відбудовну, нейтральну атмосферу й вакуум, що дозволяє розкисляти метал з утворенням мінімальної кількості неметалічних включень.

Електропечі використовують для виплавки конструкційних, високолегованих, інструментальних, спеціальних сплавів і сталей.

Розрізняють дугові й індукційні електропечі.

Дугова плавильна піч.

Схема дугової плавильної печі

Дугова піч харчується трифазним змінним струмом. Має три циліндричних електроди 9 із графітизованої маси, закріплених в електродотримачах 8, до яких підводить електричний струм по кабелях 7. Між електродом і металевою шихтою 3 виникає електрична дуга. Корпус печі має форму циліндра. Зовні він укладений у міцний сталевий кожух 4, усередині футерований основною або кислою цеглою 1. Плавильний простір обмежений стінками 5, подиною 12 і зводом 6. Знімний звід 6 має отвору для електродів. У стінці корпуса робоче вікно 10 (для зливу шлаків, завантаження феросплавів, узяття проб), закриті при плавці заслінкою. Готову сталь випускають через зливальний отвір зі зливальною ринвою 2. Пекти опирається на сектори й має привод 11 для нахилу убік робочого вікна або ринви. Пекти завантажують при знятому зводі.

Місткість печей становить 0,5...400 тонн. У металургійних цехах використовують електропечі з основної футеровки, а в ливарних - з кислої.

В основній дуговій печі здійснюється плавка двох видів:

а) на шихті з легованих відходів (методом переплаву),

б) на вуглецевої шихті (з окислюванням домішок).

Плавку на шихті з легованих відходів ведуть без окислювання домішок. Після розплавлювання шихти з металу видаляють сірку, наводячи основні шлаки, при необхідності навуглерожують і доводять метал до заданого хімічного складу. Проводять дифузійне розкислення, подаючи на шлаки здрібнені феросиліцій, алюміній, мелений кокс. Так виплавляють леговані сталі з відходів машинобудівних заводів.

Плавку на вуглецевій шихті застосовують для виробництва конструкційних сталей. У піч завантажують шихту: сталевий лом, чушковий передільний чавун, електродний бій або кокс, для навуглерожування металів і вапно. Опускають електроди, включають струм. Шихта під дією електродів плавитися, метав накопичується в подині печі. Під година плавлення шихти киснемо повітря, оксидами шихти й окалини окисляються залізо, кремній, фосфор, марганець, частково, вуглець. Оксид кальцію з вапна й оксид заліза утворять основні залізисті шлаки, що сприяє видаленню фосфору з металу. Після нагрівання до 1500…15400C завантажують руду й вапно, проводять період «кипіння» металу, відбувається подалі окислювання вуглецю. Після припинення кипіння видаляють шлаки. Потім приступають до видалення сірки й розкисленню металу заданого хімічного складу. Розкислення роблять осадженням і дифузійним методом. Для визначення хімічного складу металу беруть проби й при необхідності вводять у піч феросплави для одержання заданого хімічного складу. Потім виконують кінцеве розкислення алюмінієм і силікокальцієм, випускають сталь у ківш.

При виплавці легованих сталей у дугових печах у сталь уводять легуючі елементи у вигляді феросплавів.

У дугових печах виплавляють високоякісні вуглецеві сталі - конструкційні, інструментальні, жаростійкі й жароміцні.

Індукційні тигельні плавильні печі

Виплавляють найбільш якісні корозійностійкі, жароміцні й інші сталі й сплави.

Місткість від десятків кілограмів до 30 тонн.

.

Схема індукційної тигельної печі

Пекти складається з водоохолоджуючого індуктора 3, усередині якого перебуває тигель 4 (основні або кислі вогнетривкі матеріали) з металевою шихтою, через індуктор від генератора високої частоти проходити однофазний змінний струм підвищеної частоти (500…2000Гц).

При пропущенні струму через індуктор у металі 1, що перебуває в тиглі, індукцюються потужні вихрові струми, що забезпечує нагрів шихти й плавлення металу.

Тигель виготовляють із кислих (кварцит) або основних (магнезитовий порошок) вогнетривів. Для випуску плавки пекти нахиляють убік зливального жолоба.

Під дією електромагнітного поля індуктора при плавці відбувається інтенсивна циркуляція рідкого металу, що сприяє прискоренню хімічних реакцій, одержанню однорідного по хімічному складі металу, швидкому спливанню неметалічних включень, вирівнюванню температури.

В індукційних печах виплавляють сталь і сплави з легованих відходів методом переплаву, або із чистого шихтового заліза й скрапу з добавкою феросплавів методом сплавки.

Після розплавлювання шихти на поверхню металу завантажують жужільну суміш для зменшення теплових втрат металу й зменшення вигару легуючих елементів, захисту його від насичення газами.

При плавці в кислих печах, після розплавлювання й видалення плавильних шлаків, наводять шлаки з бою скла. Для залишкового розкислення перед випуском металу в ківш уводять феросиліцій, феромарганець і алюміній.

В основних печах розкислення проводять сумішшю з порошкоподібного вапна, коксу, феросиліцію, феромарганцю й алюмінію.

В основних печах виплавляють високоякісні леговані сталі з високим змістом марганцю, титана, нікелю, алюмінію, а в печах з кислої футеровкою - конструкційними, легованими іншими елементами стали.

У печах можна одержувати сталі з незначним змістом вуглецю й без вуглецеві сплави, тому що немає навуглероджуючого середовища.

При вакуумній індукційній плавці індуктор, тигель, дозатор шихти й ізложниці, поміщають у вакуумні камери. Одержують сплави високої якості з малим змістом газів, неметалічних включень і сплави, леговані будь-якими елементами.

Розливання сталі

Із плавильних печей сталь випускають у ківш, що мостовим краном переносять до місця розливання стали. З ковша сталь розливають в ізложниці або кристалізатори машини для безперервного лиття заготівель. В ізложницях або кристалізаторах сталь твердіє і одержують злитки, які піддаються прокатці, малоприбутковому.

Ізложниці – чавунні форми для виготовлення злитків.

Ізложниці виконують із квадратними, прямокутними, круглими й багатогранним поперечними перерізами.

Злитки із квадратним перетином переробляють на сортовий прокат: двотаврові балки, швелери, куточки. Злитки прямокутного перетину - на аркуші. Злитки круглого перетину використовуються для виготовлення труб, коліс. Злитки з багатогранним перетином застосовують для виготовлення кувань.