§ 22. Комбинированные методы плавки стали с применением электропечей

Процесс плавки стали можно разделить на периоды. Характер течения реакции для каждого периода различен. На восстановительные процессы затрачивается 40% энергии, а на плавление и окисление 60%. В практике представляется возможным разделить процесс плавки на отдельные периоды и осуществлять их в различных плавильных печах. Так, например, оки­сление примесей в жидком чугуне можно провести в конвертере; чтобы . удалить фосфор и остаток углерода, металл переливают в основную мар­теновскую печь и, наконец, для рафинирования переливают жидкую сталь в электропечь. Расход энергии на рафинирование составляет только 150— 200 квт ч (вместо 800—850 квт ч) на полную плавку. При комбинированной плавке необходима четкая организация обслуживания, чтобы увязать работу разнохарактерных плавильных аппаратов.

§ 23. Разливка стали в слитки

Разливка стали в слитки является одним из этапов технологического процесса получения высококачественного металла. Окончательное опреде­ление качественных характеристик металла завершается в процессе раз­ливки и затвердевания слитка. Для успешного проведения разливки стали в слитки подготовку к ней ведут еще до того, как будет приготовлена сталь; приготовляют выпускные желобы, разливочные ковши и формы (изложницы), в которые будут разливать сталь. Приготовляют также рабо­чее место в цехе, где будут производить разливку.

Разливочные ковши после наполнения их металлом для повышения качества последнего (для отдельных марок сталей) помещают в вакуумные камеры. В этих камерах жидкая сталь подвергается дегазации и рафи­нированию. При разрежении металл «закипает» под действием выделяю­щихся газов, затем к концу, когда газы из него удалятся, он успокаивается. Устройства вакуумной камеры (а) и вакуумного колпака (б) показаны на фиг. 22. Разливку стали в изложницы после ее обработки под вакуумом можно производить вне вакуума. Однако в отдельных случаях разливку стали в изложницы производят также под вакуумом. Для этого изложница при заполнении должна находиться под вакуумом. Свойства стали, под­вергнутой обработке под вакуумом, значительно улучшаются.

Устройство разливочного ковша показано на фиг. 22. Ковш имеет желез­ный кожух 1, опоясанный стальным кольцом 2. К этому кольцу прикреп­ляют цапфы для подъема ковша и перевозки его краном или на тележке. Внутри ковш футерован шамотным огнеупорным кирпичом 3.

В дне ковша устраивают отверстие, через которое выпускают сталь. Оно сделано в. специальном огнеупоре—сталеразливочном стакане 5. Этот стакан изготовляют из шамота, графита и других огнеупорных мате­риалов. Отверстие 4 в стакане закрывают огнеупорной пробкой 6, укреп­ленной на железном стержне 7, который защищен от действия металла и шдака огнеупорными трубками 8. Это устройство называется стопором, а ковши с таким устройством — стопорными ковшами.

При помощи вилки 9, прикрепленной к специальному рычажному меха­низму 10, стопор поднимается, открывая, и опускается, закрывая выпуск­ное отверстие в дне ковша. Ковши после каждой разливки поступают на ремонт. При ремонте ковша исправляют огнеупорную кладку, заменяют разливочный стаканчик, устанавливают новый стопор. Отремонтированный ковш высушивают и перед заливкой нагревают до 550—700°.

Когда плавка подходит к концу, ковши подают к желобу для приема металла.

Изложницы тщательно очищают от остатков краски и обмазки, капель металла и шлака, приставших к поверхности, подогревают их до 80—120° и покрывают специальными обмазками и красками для получения чистой поверхности слитка. Температура изложниц перед разливкой должна быть 50—80°. Изложницы можно изготовлять из чугуна и стали. В большинстве случаев применяют чугунные изложницы. Размеры изложниц зависят от

Фиг. 22. Вакуумные устройства и разливочные ковши для стали:

а — вакуумная камера; б — вакуумный колпак: / — стальной кожух; 2 — стальное кольцо;

5. — огнеупорный кирпич; 4 — отверстие для выпуска стали; 5 — сталеразливочный стакан;

6. — огнеупорная пробка; 7 —железный стержень; 8 — огнеупорные кольца; 9 — вилка для кре-

пления стопора; 10 — рычажный механизм.

веса заливаемого слитка, который в современной практике бывает от 100 кг до 100 т и более.

Поперечное и продольное сечение изложниц зависит от характера даль­нейшей обработки слитка:

а) квадратные — для проката и поковки;

б) шестигранные и восьмигранные — для поковок;

в) прямоугольные — для прокатки листов;

г) круглые — преимущественно для прокатки цельнотянутых труб;

д) специального профиля — для различных специальных назначений (бандажей, вагонных колес и др.).

На фиг. 23 приведены различные типы изложниц: квадратная, с вол­нистой поверхностью, с открытым дном, книзу расширяющаяся (фиг. 23, а); квадратная, с закрытым дном и утепленной прибыльной надставкой для заливки снизу, через стаканчик / (фиг. 23, б); восьмигранная с утепленной прибыльной надставкой 3 для заливки высококачественной стали сверху (фиг. 23, в). Внизу изложницы поставлена плитка 2 для предохранения из­ложницы от разрушения струей жидкой стали.

Для заливки изложницы устанавливают на чугунные поддоны в спе­циальные канавы; крупные изложницы устанавливают для заливки в спе­циальные железобетонные водонепроницаемые ямы — кессоны. На совре­менных механизированных металлургических заводах изложницы 5 уста­навливают для заливки на специальные вагонетки (фиг. 20).

В практике различают два вида стали — спокойную, которая во время заливки выделяет мало газов и не кипит, и кипящую, которая во время заливки выделяет большое количество газов и кипит.

Спокойная сталь полностью раскислена марганцем, кремнием и алю­минием, затвердевает спокойно, дает плотный слиток с образованием в верх­ней его части усадочной раковины.

Для получения слитков кипящей стали ее выпускают из печи непол­ностью раскисленной. В этой стали идут реакции раскисления за счет угле­рода по реакции FeO + С Fe+ СО. Образующаяся окись углерода не успевает выделиться из затвердевающего металла и остается в нем в виде газовых пузырей.

Кипящая сталь не образует усадочной раковины, так как ее объем увеличивается за счет образования газовых пузырей в слитке. Образующиеся газовые раковины завариваются

Фиг. 23. Типы изложниц для заливки.слитков:

а — квадратная с открытым дном; б — квадратная с глухим дном и утепленной

прибыльной частью; в — восьмигранная с утепленной прибылью для заливки ответственных слитков сверху.

при последующей прокатке. Кипя­щая сталь хорошо сваривается, хорошо штампуется при обработке листо­вого материала.

Разливать сталь в изложницы можно двумя способами: сверху или снизу — сифоном.

Для заливки сверху ковш подвозят к готовой изложнице или, наоборот, изложницы 5 подвозят к ковшу 6 (фиг. 20). Для отливки мелких и сред­них слитков применяют другой способ разливки—с подводом металла снизу сифоном.

Этот способ позволяет одновременно заливать несколько изложниц / (фиг. 24) из одного центрального литника 4.

В канаве устанавливают поддон 2, в котором сделаны углубления для установки огнеупорного кирпича 3, имеющего внутри каналы; против отверстий, выходящих из каналов, ставят изложницу /. В зависимости от размеров изложниц на одном поддоне их можно расположить до 50—60 (фиг. 24, Б). Все литниковые каналы, расположенные в кирпичах, соеди­нены с центральным литником 4. В этом литнике вверху сделана воронка, к которой подвозят ковш 5 и заливают металл. В литниковых каналах сде­ланы шлакоуловители 6. В нижней части литник плотно заделывают огне­упорной массой 7. Заполнение изложниц происходит по принципу сооб­щающихся сосудов. При затвердевании стали ее объем уменьшается и в верх­ней части слитка образуется усадочная раковина. Для получения каче­ственного слитка усадочную раковину перемещают в прибыльную часть. После удаления отливки из изложницы прибыльную часть отрезают. На прибыльную часть расходуется около 20—25% веса слитка. В современной технике известен ряд мероприятий для уменьшения отходов на прибыльную часть слитка. При утеплении верхней части слитка надставками отходы на прибыльную часть уменьшаются. Эти надставки можно искусственно нагревать, что еще больше уменьшает расход металла на прибыльную часть.

Лучшие результаты по экономии металлов можно получить при за­ливке непрерывных слитков. На фиг. 25 приведена принципиальная схема заливки непрерывных слитков. В кристаллизатор, охлаждаемый водой, вводят поддон - затравку и начинают заливать металл. Когда кристалли­затор заполнен металлом, затравка опускается вниз и постепенно вытя­гивает затвердевающий слиток. По мере опускания слитка кристаллизатор наполняется металлом. В кристаллизаторах можно получить слиток зна­чительной длины без усадочной раковины, так как уменьшающийся объем слитка все время пополняется жидким металлом. Опускающийся слиток можно постепенно разрезать на части при помощи газовой или механи­ческой резки.

j Основная характеристика разливочной установки следующая: скорость вытягивания слитка 0,8—1,0 м/мин; скорость разливки на один кристалли­затор 0,45—0,5 т/мин; скорость резания слитка 0,25 м/мин; поперечное сечение слитка 175 X 420 мм; высота установки над уровнем пола 3,8 м; глубина установки ниже уровня пола 16,2 м (общая высота разливочной установки 20 м). Полное использование такой установки по сравнению с разливкой стали в изложницы (старым способом) дает большую эко­номию.