Электр пештердегі болат өндірісі
Дәріс мақсаты: Электрпештерінде болат өндіру ұғымына түсінік беру, электрпештерінде болат өндірісін жүзеге асыратын барлық үрдістерді игеру.
Дәріс жоспары:
1. Электпештерінде болат өндіру, электрпештері жөніндегі жалпы мағлұматтар, болат балқытуға арналған электр пештерінің жіктелуі
2. Болат балқытуға арналған доғалы пештер, үрдіс технологиясы мен әртектілігі
3. Индукциялық балқыту пештері, қарсылық пештері
Кілт сөздер: Электрпеші, легирленген қалдықтар, салқындау, қышқылдану, тотықсыздану, қышқылсыздану, қайта балқыту, дуплекс - үрдісі, аралас үрдіс, қышқылды үрдіс, индукциялық араласу, графитті қыздырғыш.
Электрпештерінде болат балқыту (жалпы мағлұматтар) - бұл электр энергиясын жылу энергиясына айналдырып, үрдістің қажетті температурасына қол жеткізу мен оны ұстап тұру үшін қолданылатын болат өндіру үрдістері.
Жіктелуі
Электрпештері доғалы, индукциялы, графитті қарсылық элементтері бар пештер болып бөлінеді.
Доғалы пештерде болат балқыту
Қағидалары
а) Доғалы пештерде электр энергиясы жылуға айналдырылады, бұл жылу тікелей жылу өткізу және сәулелену арқылы металл мен қожға беріледі.
б) Доғаның жоғарғы температурасы және электр энергиясының жақсы реттелуі балқыту режимінің кез келген температурасын қалыптастурыға мүмкіндік береді.
в) Пештегі таңдалған қож құрамына байланысты тотықтыру, немесе тотықсықдану үрдістерін де жүргізуге болады.
г) Жанғыш газдардың зиянды әсері болмайды.
д) Тотығу үрдістерінің жылдамдығын арттыру үшін оттегілі үрлеуді қолдана алу мүмкіндігі.
е) Қождың ауысуы оңай жүзеге асады.
ж) Легирлеуші элементтер жақсы қолданылады.
з) Жүктеу тікелей қатты шихта арқылы жүзеге асады.
Балқыту электр пештері басқа балқыту агрегаттарымен салыстырғанда бірқатар артықшылықтарға ие:
а) ток параметрлерін өзгерте отырып, жылулық үрдісті реттеу жеңіл;
б) металдың жоғарғы температурасын алуға болады;
в) қышқылдық, тотықсыздандырғыш, бейтарап атмосфера мен вакуум құру мүмкіндігі, бұл аз мөлшерде бейметалл қоспалар түзе отырып, металды қышқылсыздандыруға мүмкіндік береді.
Электрпештер құрылымдық, жоғары легирленген, аспаптық, арнайы қорытпалар мен болаттар алу үшін қолданылады.
Доғалы және индукциялық электр пештері бар.
6.1 - ші суретте доғалы пеш жұмысының қағидасын көрсететін сызба берілген. Доғалы пеш үш фазалы ауыспалы токпен қоректенеді. Электр тогы сымдармен 7 өтетін электр ұстағыштарда 8 бекітілген графиттелген массадан жасалған үш цилиндрлік электродтан тұрады. Электрод пен металдық шихта 3 арасында электр доғасы пайда болады. Пеш корпусы цилиндр формасына ие. Сыртынан ол берік болат қаптамамен 4 қапталған, ішкі жағынан негіздік немесе қышқылды кірпішпен 1 футеревкаланған. Балқыту кеңістігі қабырғамен 5, түппен 12 және енгізбемен 6 шектелген. Алынбалы енгізбе 6 электродтарға арналған саңылаудан тұрады. Корпус қабырғасында балқыту кезінде қабықшамен жабылып тұратын жұмысшы терезе 10 бар. Дайын болатты құйылмалы желобты 2 құйып алу саңылауы арқылы жүзеге асырады. Пеш секторларға тірелген және жұмысшы терезесін немесе желобты еңкейтуге арналған жетекке 11 ие. Пешті жүктеу енгізбенің ашық күйінде жүзеге асады.
Сурет 6.1 - доғалы балқыту пешінің сұлбасы:
1 - Негіздік немесе қышқылды оттөзімді кірпіштен жасалған футеревка; 2 - Құйма желобы; 3 - Металдық шихта; 4 - Болат қаптама; 5 - Пеш қабырғасы; 6 - Алынбалы енгізбе;
7 - Электр сымы; 8 - Электрұстағыштар; 9 - Графиттелген электродтар;
10 - Жұмысшы терезе; 11 - Жетек; 12 - Түбі
Пеш сыйымдылықтары 0,5 - 400 тоннаға дейін болады. Металлургиялық цехтарда негіздік футеревкалау қолданылады, ал құймалы цехтарда - қышқылдық.
Негіздік доғалы пеште балқытудың екі түрі жүргізіледі:
а) легирленген қалдықтардан дайындалған шихтада (қайта балқыту әдісімен), б) көміртекті шихтада (қоспаларды тотықтыру арқылы).
Легирленген қалдықтардан жасалған шихтада балқыту қоспаларды тотықтырусыз жүзеге асырылады. Шихтаны балқытқаннан кейін металдан күкіртті жояды, керек болса, көміртексіздендіреді және металды берілген химиялық құрамға дейін жеткізеді. Қожға ұнтақталған ферросилиций, алюминий, ұнталған кокс сала отырып, дуффузиялық қышқылсыздандыру жүргізіледі. Солайша машина жасау зауыттарының қалдықтарынан легирленген болаттар балқытылады.
Көміртекті шихтада балқыту құрылымдық болаттар өндірісі үшін қолданылады. Пешке шихта салынады: болат сынықтары, қайта өнделетін шойын, электродты бой немесе кокс, кейде металды күкіртсіздендіру үшін әк те қосылады. Электродтарды салып, ток қосылады. Шихта электродтар әсерінен балқиды, металл пеш түбінде жинала бастайды. Ауадағы көміртегімен, шихта тотықтарымен және отқабыршықтармен балқуы кезінде темір, кремний, фосфор, марганец, кейде көміртегі де тотығады. Әктен алынған кальций оксиді мен темір оксидтері негізгі темірлі қож түзеді, ол металдан фосфорды жоюға қабілетті. 1500 - 1540○C - қа дейін қыздырған соң кен мен әк салынады, металдың «қайнау» режимі орын алады, көміртегінің одан әрі тотығуы жүреді. Қайнау тоқтағаннан кейін қожды жояды. Одан кейін күкіртті жоюға және берілген құрамдағы металды қышқылсыздандыруға кіріседі. Қышқылсыздандыру шөктіру және диффузиялық әдіспен жүзеге асады. Металдың химиялық құрамын анықтау үшін сынама алынады және керек болған кезде пешке берілген химиялық құрамдағы металл алу үшін ферроқорытпалар салынады. Одан кейін алюминиймен және силикокальциймен ақырғы қышқылсыздандыру жүргізіледі, болатты шөмішке шығарып алады.
Доғалы пештерде легирленген болат балқыту кезінде болатқа ферроқорытпалар түрінде легирлеуші элементтер қосылады.
Доғалы пештерде жоғары сапалы көміртекті болаттар балқытылады - құрылымдық, аспаптық, ыстыққа төзімді және ыстыққа берік.
Технология
Шихта - балқыту әдісіне байланысты легирленген немесе легирленбеген скрап болып саналады. Егер балқыту тотықтыру режимінсіз жүргізілсе, фосфор мөлшері төмен болуы керек.
Салқындату - шығару алдында температураны түзету үшін скрап көмегімен жүзеге асырылады.
Балқытудағы тотықтыру кезеңі
Темір қоспаларын С, Si, Mn, P, S жою. Газсыздандыру мен бейметалл қоспалардың түзілуі. Бұл үрдістерге балқыманың энергетикалық қайнауы жағымды әсер етеді. Бұл үшін ваннада көміртегі мөлшерінің көп болуы, кен мен әкті шөктіру, сұйық ағынды тотықтырғыш қождың түзілуі, температураның жылдам көтерілуі, балқыманы оттегімен үрлеу жүргізілуі керек.
Балқыманы тотықсыздандыру кезеңі
Мақсаты - оттегі мен күкірт мөлшерін азайту. Тотықтырғыш қож жүктеу, қайтара қышқылсыздандыру, әк пен шпаттан тұратын тотықсыздандырғыш қож енгізу арқылы жүзеге асады. Тотықсыздандырғыш қождан қосымша түйіршіктелген FeSi, CaSi немесе А1 қосылғанда ақ қож, ал кокс косар болсақ - карбидті қож түзіледі. Металда еріген тотықтар мен күкірт қожға қосылады, мұнда тотықсызданып байланысады. Тотықсыздану кезеңінің созылуымен қождағы сутегінің мөлшері ұлғаяды.
Легирлеу
Оттегігі ұқсастығы аз элементтер пешке салынады, ал оттегіге жақындығы жоғарылары –металл қышқылсызданғаннан кейін (мысалы, Si, Al, Ti, Zr, Mo) салынады. Көміртегі тотықтырғыш қож жүктелгеннен кейін қосылады.
Қышқылсыздану
Балқытудың тотықтыру кезеңінен кейінгі қайтара қышқылсыздану, тотықсықдану кезеңіндегі диффузиялық қышқылсыздандыру, ақырғы қышқылсыздандыру.
Үрдіс нұсқалары
Балқытудың бастапқы кезеңі
Әлдеқайда энергетикалық тотығу балқыту кезінде немесе тікелей балқытудан соң жүзеге асады. Құрам легирлеуші төсемелер арқылы түзетіледі.
Қайта балқыту
Тікелей балқыту немесе қысқаша қайнау кезеңінен кейін тотықсыздандыру шартында легирленген скраптан металды максимал бөліп алу жүзеге асады.
Дуплекс - үрдіс
Балқыту пештерінің бірінде балқыту, тотығу, жекелей не жалпы фосфорсыздану және әдетте қышқылсыздану жүргізіледі. Одан кейін металды доғалы пештерде қайта балқытады, мұнда балқыған легирленген скрап болады және ол осында нақты балқып дайын болады.
Аралас үрдіс
Әр түрлі пештерде металлургиялық өңделген және балқытылған қорытпаларды араластырамыз. Араластыру шөміште не пештердің бірінде жүргізіледі.
Доғалы пештердегі қышқыл үрдіс
Болаттық қалыпталған құймалар және қайта балқыту үшін айтарлықтай маңызды болып саналады. Қышқыл футеревка және қышқыл қож (60% - ға дейін SiO2). Кенді салу балқыманың қайнауына алып келеді. Одан кейін қышқылсыздандыру, легирлеу және шығару.
Қара қожбен жүретін үрдіс
Сыйымдылығы жоғары доғалы пештерде жүргізіледі (500т - ға дейін). Ақырғы тотықсыздандырусыз балқыту мен тотықтыра өңдеу жатады. Болаттың ауқымды сұрыптарын өндіруде қолданылады.
Индукциялық араластыру
Балқытудың тотықсыздандыру кезеңінде күкіртті жою және қышқылсыздандыру үрдістерін жеделдету үшін электромагниттік аумақ әсерінен балқыманың қозғалысы орнатылады. Осы мақсатпен ванна астында индуктор орнатылады. Тотықсыздану кезеңіндегі уақытты үнемдеу 30 минутқа дейін жетеді. Балқыма бойымен легирлеуші элементтердің жылдам әрі біртекті таралуына қол жеткізіледі. Температураның айшықталуы тотықтыру кезеңінен кейінгі қождың жүктелуін жеңілдетеді.
Қуаттылығы жоғары УВМ пештері (ультра жоғары қуатты) - бұл өте күшті қуат берілетін пештер. Қуаттылығы бойынша доғалы пештердің жіктелуі (6.2 - ші сурет), кВт / т. Қуаттылығы жоғары пештерде балқыту үрдісі 1 - 1,5 сағатты құрайды.
-
Қалыпты қуаттылық
110 - 220кВт / т
Жоғарғы қуаттылық
220 - 320кВт / т
Аса жоғары қуаттылық
320 - 500кВт / т
Болат өндірудің электрометаллургиялық әдістерінің ішінде басым орын алатыны болатты негіздік доғалы пештерде балқыту болып саналады. Бұл жоғары сапалы болаттарды балқытудың ең жақсы әдісі болып саналады. Пеш сыйымдылығын арттыра отырып, ауқымды қолданыстағы болат өндірісіндегі мартендік үрдіске бәсеке бола алады. Электроболаттардың әлемдік өндірісі тұрақты өсіп келеді, бірақ оның жалпы болат өндірісіндегі үлесі баяу ұлғаюда.
Сурет 6.2 - Жоғары қуатты жоғалы пештің сұлбасы: 1 - Пештің жұмысшы камерасы; 2 - Тіреуіш сектор; 3 - Еңкейту механизмінің гидравликалық жетегі; 4 - Электрод ұстағыштар; 5 - Электородтар; 6 - Құю тұмсығы; 7 - Енгізу сақинасы; 8 - Шаң ұстау құрылғысы; 9 - Жүктеу қауғасы; 10 - Пеш қожына арналған қорап; 11 - Құю шөміші; 12 - Шөміштен алынған қожға арналған қорап; 13 - Қоқысқа арналған қорап
Индукциялық тигельді балқыту пештерінде әлдеқайда сапалы, коррозияға төзімді, ыстыққа берік және басқа да болаттар мен қорытпалар балқытылады.
Сыйымдылық ондаған килограммнан 30 тоннаға дейін болады. Индукциялық тигельдік пештің сұлбасы 6.3 - ші суретте берілген.
Пеш суды салқындататын индуктордан 3, оның ішінде орналасатын металдық шихтасы бар тигельден 4 тұрады, индуктор арқылы жоғары жиіліктегі генератордан бір фазалы жоғары жиіліктегі ауыспалы ток өтеді (500 - 2000Гц).
Сурет 6.3 - Индікциялық тигельді пеш сұлбасы:
1 - Сұйық металл; 2 - Алынбалы енгізбе; 3 - Суды салқындатқыш индуктор; 4 - Оттөзімді салынбалы тигель
Ток жіберілген кезде тигельде орналасқан металдағы 1 индуктор арқылы қуатты құйынды токтар индукцияланады, бұл металдың қызуы мен оның балқуын қамтамасыз етеді. Жылу жоғалтуды азайту үшін пеште алынбалы енгізбе 2 болады.
Тигель қышқыл не негіздік оттөзімділерден дайындалады. Балқыманы шығару үшін пешті құймалы желобқа қарай еңкейтіледі.
Индуктордың электромагниттік аумағы әсерінен балқыту кезінде сұйық металдың қарқынды циркуляциясы пайда болады, бұл химиялық реакциялардың жеделдеуіне, химиялық құрамы жағынан біртекті металл алуға, бейметал қоспалардың тез қалқып шығуына, температуаның анықталуына алып келеді.
Индукциялық пештерде болат балқытады және қайта балқыту әдісімен легирленген қалдықтардан, немесе таза шихталық металдан және ферроқорытпалар қоса отырып скраптан қорытпалар балқытылады.
Шихта балқытылғаннан кейін металл бетіне металдың жылулық жоғалымдарын төмендету және легирлеуші элементтердің түтінін азайту үшін, олардың газбен қанығуынан қорғану үшін қож қоспасы енгізіледі.
Қышқыл пештерде балқытудан кейін және балқыту қождарын жою үшін шыныдан жасалған қож құйылады (SiO2). Ақырғы қышқылсыздану үшін металды шөмішке шығару үшін оған ферросилиций, ферромарганец және алюминий енгізіледі.
Негіздік пештерде қышқылсыздандыру ұнтақ тәрізді әктен, кокстан, ферросилицийден, ферромарганецтен және алюминийден жасалған қоспалар салынады.
Негіздік пештерде марганец, титан, никель, алюминий мөлшері жоғары болатын жоғары сапалы легирленген болаттар, ал қышқыл футеревкалы пештерде - өзге элементтермен легирленген құрылымдық болаттар балқытылады.
Пештерде аз мөлшерде көміртегісі бар және көміртексіз қорытпалар алынады, себебі көміртектендіру ортасы болмайды.
Вакуумдық индукциялық балқыту кезінде индуктор, тигель, шихта мөлшерлегіші мен металл қалыптар вакуумдық қалыптарға орналастырылады. Бұл кезде газ, бейметалл қоспаларының аз мөлшері бар қорытпалар мен кез келген элементпен легирленген қорытпалар алынады.
Графитті қыздырғыштары бар қарсылық пештері
Қағидасы
а) Ауыспалы ток жүретін графитті стерженьде қорытпаға сәулелену арқылы беріле отырып электр энергиясы жылу жнергиясына айналдырылады (6.4 - ші сурет).
б) Тотықсыздандырғыш атмосферасында металдың жедел еруі жүреді.
в) Осының нәтижесінде металдың түтінмен жоғалуы азаяды.
г) Пештер өткір және аспаптық болаттар, таттанбайтын және ыстыққа төзімді болаттар, сонымен қатар магниттік болатта балқыту үшін қолданылады. Одан артық қайта балқыту жүзеге асады, балқытуды қожбен бірге жүргізу мүмкін емес.
Сурет 6.4 - Қарсылық пешінің сұлбасы: 1 - Графитті стержень; 2 - Қорытпа
Бақылау сұрақтары:
1. Электр пештерінде болат балқыту дегеніміз не?
2. Доғалы пештерде болат балқыту неден тұрады?
3. Электр пештері не үшін қолданылады?
4. Балқытудың тотықтыру кезеңі деген не?
5. Балқытудың тотықсыздандыру кезеңінің мақсаты қандай?
6. Балқыту үрдісінің қандай нұсқалары болуы мүмкін? Әрбіріне сипаттама беріңіз.
7. Индукциялық араластыру дегеніміз не?
8. Индукциялық тигельдік балқыту пештерінде нені балқытады?
9. Индукциялық тигельдік балқыту пештерінде не балқытылады?
10. Графитті қыздырғыштары бар қарсыласу пештерінің жұмыс қағидасы қандай?
Глоссарий:
1. Электрпештерінде болат балқыту - үрдістің қажетті температурасын орнату мен ұстап тұру үшін қолданылады және бұл электр энергиясын жылу энегиясына айналдыра отырып болат өндіру үрдістері.
2. Шихта - болат балқытуға арналған балқыту әдісіне қарай легирленген не легирленбеген болып келетін скрап.
3. Қайта балқыту - балқытудан кейін немесе қысқа қайнату кезеңімен тотықсыздандыру шарттарында легирленген скраптан ең үлкен түсіммен металды бөліп алу.
4. Аралас үрдіс - балқытылған және әр түрлі пештерде металлургиялық өңделген қорытпаларды араластыру үрдісі.
Блиц - тест:
1 нұсқа
1. Электр пештері бөлінеді:
a) Доғалы, индукциялық, қыздырғыш элементтері бар бар пештер
b) Доғалы, индукциялық, электродты пештер
c) Доғалы, индукциялық, графитті қарсылық элементтері бар пештер
d) Доғалы, индукциялық, графитті қарсылық электродтары бар пештер
e) Доғалы, индукциялық, болат элементтері бар пештер
2. Доғалы пештерде болат балқыту қағидаларының бірі:
a) Көміртекті шихтада балқыту
b) Жанғыш газдардың зиянды әсері болмайды
c) Сыйымдылығы ондаған килограммнан 30 тоннаға дейін
d) Тотықсыздандырғыш ортада металл тез балқуы мүмкін
e) Пештің жұмысшы көлемі герметизацияланған болуы мүмкін
3. Доғалы пештердің сыйымдылығы:
a) 1 - 500кг
b) 500 - 600кг
c) 500 - 600т
d) 30т - ға дейін
e) 0,5 - 400т
4. Көміртекті шихтада балқыту .... өндірісі үшін қолданылады:
a) Легирленген болаттар
b) Құрылымдық болаттар
c) Қайта өңделетін шойын
d) Шойын
e) Қалыптық құймалар
5. Балқытудағы тотықтырғыш кезең - .... қоспаларын жою:
a) Cu, С, Mn, P, S
b) Ba, Si, Mn, P, S
c) Mg, С, Si, P, S
d) С, Si, Mn, P, S
e) Ca, Si, Mn, P, S
6. Қара қожбен жүретін үрдіс жоғары сыйымдылықты доғалы пештерде жүзеге асырылады:
a) 400т
b) 600т
c) 500т
d) 100т
e) 200т
7. Жоғары қуатты УВМ пештерінің қалыпты қуаты:
a) 110 - 220кВт / сағат
b) 220 - 320кВт / сағат
c) 230 - 340кВт / сағат
d) 220 - 230кВт / сағат
e) 110 - 320кВт / сағат
8. Балқытудан кейін немесе қысқа қайнату кезеңімен тотықсыздандыру шарттарында легирленген скраптан ең үлкен түсіммен металды бөліп алу - ....
a) Қайта балқыту
b) Дуплекс - үрдіс
c) Аралас үрдіс
d) Доғалы пештегі қышқылды үрдіс
e) Индукциялық араластыру
9. Балқытудың тотықтыру кезеңінде балқыманың қайнауы үшін ваннада болатын көміртегінің шекті мөлшері:
a) 0,2 - 0,3%
b) 0,3 - 0,5%
c) 0,5 - 0,2%
d) 0,3 - 0,4%
e) 0,1 - 0,3%
10. Вакуумды индукциялық балқытуда вакуумды вамерада орнатылмайды:
a) Индуктор
b) Электрод
c) Тигель
d) Шихта өлшегіші
e) Қалыптар
2 нұсқа
1. Пеште .... тәуелді тотықсыздандырғыш та, тотықтырғыш та балқыту жүргізіледі:
a) Шихта құрамы
b) Агломерат құрамы
c) Флюс құрамы
d) Қож құрамы
e) Концентрат құрамы
2. Доғалы пештерде болат балқыту қағидаларының бірі:
a) Қож ауысымы оңай жүреді
b) Пештер өткір және аспаптық болаттарды балқыту үшін қолданылады
c) Электр энергиясының жылуға айналуы жүреді
d) Тотықсыздану атмосферасында металл тез балқуы жүруі мүмкін
e) Сыйымдылығы ондаған килограмнан 30 т - ға дейін болады
3. Индукциялы тигельдік балқыту пештерінің сыйымдылығы:
a) 30т - ға дейін
b) 30т - дан жоғары
c) 500 - 600кг
d) 500 - 600т
e) 0,5 - 400т
4. Қара қожды үрдіс ... өндірісі үшін қолданылады:
a) Болаттың массалы сұрыптары
b) Ауқымды болаттар
c) Қалыпты құймалар
d) Құрылымдық болаттар
e) Қайта өңделетін шойындар
5. Легирлеуші элементтер:
a) Al, Ti, Zr, Zn
b) Si, Al, Ti, Fe
c) Al, Ti, Mn
d) Zr, Mo, V
e) Si, Al, Ti, Zr, Mo
6. Қара қожды үрдістер .... үлкен сыйымдылықтағы доғалы пештерде жүргізіледі:
a) 300т - ға дейінгі үлкен сыйымдылықта
b) 200т - ға дейінгі кіші сыйымдылықта
c) 400т - ға дейінгі жоғары сыйымдылықта
d) 600т - ға дейінгі аз сыйымдылықта
e) 500т - ға дейінгі үлкен сыйымдылықта
7. Жоғары қуатты УВМ пештеріндегі жоғарғы қуат:
a) 220 - 320кВт / сағат
b) 110 - 220кВт / сағат
c) 320 - 500кВт / сағат
d) 220 - 500кВт / сағат
e) 110 - 320кВт / сағат
8. Қалыптық құйма мен қайта балқыту үрдістері үшін маңызды үрдіс:
a) Қайта балқыту
b) Дуплекс - үрдіс
c) Аралас үрдіс
d) Доғалы пештегі қышқылдық үрдіс
e) Индукциялық араластыру
9. Қандай температураға дейін қыздырылған соң кен мен әк жүктеледі, металдың «қайнауы» жүреді, көміртегінің одан әрі тотығуы жүзеге асады?
a) 1000 - 1200○C
b) 1500 - 1540○C
c) 1200 - 1350○C
d) 1500 - 1750○C
e) 1350 - 1640○C
10. Жоғары қуатқа ие пештерде балқыту ұзақтығы:
a) 2 - 3 сағат
b) 1,5 - 2 сағат
c) 1,7 - 3,2 сағат
d) 1,3 - 2,1 сағат
e) 1 - 1,5 сағат
Дәріс 7