Производство стали, страница 2

В среднем себестоимость мартеновской и конвертерной стали близки между собой. Сравнение с конвертерным производством показывает также, что производительность труда в мартеновских печах заметно ниже, выше расход огнеупоров, значителен расход дефицитного топлива. В настоящее время в нашей стране более половины стали выплавляется в мартеновских печах, но в ближайшем будущем объем этой выплавки будет в дальнейшем сокращаться, мартеновский процесс будет заменен другими, более экономичными.

Производство стали в дуговых электропечах

Нагрев материалов в электродуговой печи осуществляется за счет тепла, выделяющегося при горении электрической дуги. Электрическая дуга 3 образуется между электродами 4 и металлом 1 . Печь состоит из металлического кожуха циллиндрической формы с плоским или сферическим дном 6 , футерированного огнеупорными материалами . С помощью механизма 2 печь можно устонавливать в наклонное положение . Электроды , опускаемые в печь через свод 5, бывают угольные и графитовые ( последние более предпочтительны , т.к. более устойчивы при высоких температурах , и имеют меньшее электрическое сопротивление )

Загрузка шихтовыми материалами электродуговых печей происходит сверху с помощью специальных корзин. С этой целью поднимаются электроды, приподнимается свод и затем либо свод отводится в сторону, либо корпус печи выкатывается из-под свода. После этого в рабочее пространство из корзины (бадьи) загружают металлолом, чугун и другие необходимые для начала плавки материалы.

Электродуговые печи широко распространены не только на металлургических, но и на машиностроительных заводах.

Технико-экономические показатели работы дуговых электропечей. Основной составляющей себестоимости при производстве легированной стали является стоимость ферросплава. Например, при выплавке нержавеющих или быстрорежущих сталей на свежей шихте стоимость ферросплавов может составлять 95... 99 % от себестоимости стали. При переплаве легированных отходов себестоимость стали значительно снижается за счет уменьшения расхода ферросплавов. В целом себестоимость электростали одной и той же марки незначительно выше, чем конвертерной стали.

Выплавка стали в индукционных печах

В литейных цехах и на машиностроительных заводах в ряде случаев для выплавки стали применяют индукционные печи. На огнеупорной кладке помещается тигель 2 с навитым на него индуктором 1 , изготовленным из медной трубки, внутри которой для охлаждения циркулирует вода. Ток к индуктору подается по гибким шинам. Принцип их работы заключается в том, что переменный ток подводится к индуктору . При этом образуется переменное магнитное поле, которое индуктирует (возбуждает) ток во вторичном контуре (тигле с загруженным в него металлом ). Под действием этого тока металл нагревается и плавится. Футеровку индукционных печей изготовляют набивной из кислых (кварцит) или основных (магнезит) молотых материалов с добавкой до 3% связки, в качестве которой используют обычно борную кислоту. Расход электроэнергии в индукционных печах несколько меньший, чем в электродуговы.х (до 700 кВт-ч/т).

Как правило, индукционные печи применяются для выплавки специальных сталей и сплавов. В печь загружают либо легированные, либо углеродистые отходы, металл расплавляют и добавляют требуемое по марке стали количество ферросплавов.

В том случае, если требуется особо высокое качество сплавов, их выплавляют в вакуумных индукционных печах (а вакууме или в инертной атмосфере). В этом случае получают металл с низким содержанием кислорода, водорода, азота и серы, а также чистый по неметаллическим включениям.. Такой металл характеризуется более высокими механическими и другими служебными свойствами, значительно легче подвергается деформации как в холодном, так и горячем состоянии. Особенно перспективна вакуумная плавка при производстве высоколегированных жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов с повышенным содержанием химически активных элементов (таких как алюминий, титан, цирконий и др.).

Внепечное рафинирование стали

Если еще 20 лет назад все процессы рафинирования осуществлялись непосредственно в сталеплавильных агрегатах, то в настоящее время многие из этих функций вынесены из агрегата в ковш. В цепочке выплавка стали в агрегате -разливка стали появилось промежуточное звено - внепечная обработка стали. Все современные сталеплавильные цехи в большей или меньшей степени оборудованы различными установками для рафинирования стали в ковше. В задачи отделений внепечной обработки стали входят раскисление, легирование, усреднение металла по составу и температуре, десульфурация, дегазация и модифицирование. (Под модифицированием понимают введение микродобавок, изменяющих структуру металла, а также состав, свойства и форму фаз, выделяющихся при кристаллизации и дальнейшем охлаждении стали).

Выпуск стали в ковш. После окончания плавки стали в агрегате ее выпускают в предварительно подогретый сталеразливочный ковш. Он представляет собой сварной или клепаный металлический кожух в форме усеченного конуса, футерованный внутри огнеупорным кирпичом (обычно шамотным). Ковш оборудован стопорным механизмом или шиберным затвором.

Продувка стали в ковше инертным газом. Задачей этого метода обработки является, в первую очередь, усреднение объема металла по составу и температуре, а также частичная дегазция и очищение стали от неметаллических включений. Продувку осуществляют либо через пористые пробки в днище ковша, либо через специальные фурмы, вводимые в расплав сверху. В качестве рабочего газа используется аргон. Продувка длится 5-8 мин. Это обеспечивает полное выравнивание состава металла и температуры, примерно вдвое снижает содержание неметаллических включений и на 25... 35 % уменьшает водород в стали.

Обработка стали синтетическими шлаками. Для борьбы с серой в ряде сталеплавильных цехов применяется обработка стали в ковше синтетическим шлаком. С этой целью в специальной электропечи выплавляют шлак, обладающий высокой сорбционной способностью по отношению к сере (хорошо поглощающий серу). Этот шлак в количестве 3...5% от массы металла заливают в сталеразливочный ковш и на него выпускают металл из сталеплавильного агрегата. Падая с большой высоты, металл интенсивно перемещается со шлаком, и капли последнего всплывают в металле. Этим достигается большая поверхность взаимодействия, что способствует быстрому протеканию процесса. Этот способ обеспечивает снижение содержания серы в металле в 2... 3 раза.

Продувка металла порошкообразными материалами. В настоящее время этот метод используется для глубокой десульфурации стали. Это позволяет получать сталь с очень низким (0,003 % и ниже) содержанием серы.

Вакуумирование стали. Основной задачей вакуумной обработки является дегазация стали.

Специальные виды электрометаллургии стали

Рассмотренные выше способы производства стали не всегда удовлетворяют непрерывно возрастающие требования к качеству стали со стороны авиационной промышленности, специальных отраслей машиностроения и т. п. Причинами этого являются недостаточная чистота металла по вредным примесям, а также химическая и кристаллическая неоднородность слитков и непрерывнолитых заготовок. Для повышения качества металла, его служебных свойств заготовки, полученные обычными способами, подвергают переплаву в специальных печах (электрошлаковых, вакуумно-дуговых и т. п.).

Электрошлаковый переплав [ЭШП). Этот способ нашел наибольшее распространение в связи с его простотой и экономичностью. Его сущность заключается в том, что через пред-варительно изготовленный расходуемый электрод, погруженный в шлаковую ванну, пропускают электрический ток.

По сравнению с металлом шлак имеет значительно большее электросопротивление и в нем выделяется тепло, необходимое для повышения температуры и оплавления электрода. Металл каплями стекает через шлак вниз, образуя под шлаком металлическую ванну. При капельном переносе через такой шлак металл дополнительно очищается от вредных примесей, газов и неметаллических включений. Этот процесс осуществляется в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе, где металл затвердевает. Медленная кристаллизация жидкой ванны обеспечивает получение плотного однородного металла.

Методом ЭШП переплавляют слитки массой в десятки тонн.

Вакуум-дуговой переплав (ВДП). Сущность метода заключается в том, что переплав происходит в вакууме под действием дуг, возникающих между расходуемым электродом и формирующимся слитком, находящимся в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Методом ВДП можно переплавлять слитки массой в десятки тонн. Однако этот метод сложен в своем аппаратурном выполнении и достаточно дорог.

Помимо ЭШП и ВДП существует еще целый ряд переплавных процессов: электронно-лучевой, плазменный и некоторые другие. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества. Выбор метода переплава диктуется требованиями, предъявляемыми к качеству сталей и сплавов.

Разливка стали

Разливка стали является заключительной стадией сталеплавильного производства. От ее правильного проведения зависит конечное качество стали. На разливку металл поступает в сталеразливочном. ковше после внепечной обработки. Сталь разливают либо в изложницы, либо на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Разливка стали в изложницы. Различают два способа разливки в изложницы: сверху и сифоном.

Каждый из видов разливки стали в изложницы имеет свои преимущества и недостатки. Основными преимуществами разливки стали сверху являются простота подготовки поддонов и малые потери металла (нет литниковых систем). Однако в этом случае за счет разбрызгивания получается плохая поверхность металла, а также низка производительность разливки (каждый слиток разливается последовательно). Поэтому разливку сверху применяют при получении относительно крупных слитков. Разливка сифоном обеспечивает хорошую поверхность слитков, ее производительность значительно выше, чем разливка сверху. Однако при этом усложняется процесс подготовки изложниц к разливке и уменьшается выход годного, так как часть металла затвердевает в литниковой системе.

Непрерывная разливка стали. В современных конвертерных и электросталеплавильньгх цехах разливку стали осуществляют не в изложницы, а на установки непрерывной разливки стали (УНРС).

Непрерывная разливка распространяется не только на заводах черной, но и . цветной металлургии. Преимущества непрерывной разливки стали по сравнению с разливкой в изложницы огромны. Если при разливке стали в изложницы возвращается в переплав 20... 30 % стали, то при непрерывной разливке эта величина не превышает 5%. Иначе говоря, перевод разливки в изложницы на непрерывную разливку позволяет на каждой тонне стали сэкономить от 150 до 250 кг металла. В отличие от разливки в изложницы при непрерывной разливке получают не слиток, а заготовку и, следовательно, нет необходимости иметь в составе завода цехи по прокатке заготовки из слитка. Кроме того, при непрерывной разливке нет изложниц и цеха по их подготовке к разливке. Следует также иметь в виду, что процесс непрерывной разливки поддаётся автоматизации. Разрабатываются методы совмещения непрерывной разливки с прокаткой.

 Главная часть УНРС — кристаллизатор, имеющий в сечении ту форму, какая требуется от слитка,— квадрат или прямоугольник. Его делают из листовой меди, с двойными стенками, между которыми циркулирует вода, отбирая тепло. Ниже кристаллизатора расположена система дополнительного охлаждения, которая позволяет регулировать скорость затвердевания слитка.

Затем — тянущее устройство, вытягивающее слитки из кристаллизатора, и система вращающихся роликов. Над кристаллизатором расположено приемное устройство, куда заливают жидкую сталь из ковша. Сталь наполняет кристаллизатор, но вытечь из него не может: дно его закрыто металлическим брусом — затравкой. Один конец затравки «запирает» кристаллизатор, другой зажат в валках тянущего устройства.

 Когда наружные слои стали в кристаллизаторе затвердевают и она приваривается к затравке, начинают вращаться валки тянущего устройства. Затравка выходит из кристаллизатора и вытягивает за собой слиток. Он попадает под «душ» дополнительного охлаждения и затвердевает еще больше. А потом затравку отрезают, и валки вытягивают из кристаллизатора сам слиток.

Процесс начинает идти непрерывно. В кристаллизатор все время заливают жидкую сталь, а из валков выходит уже твердая заготовка.

Ее разрезают на куски нужной длины, которые по рольгангу подаются к прокатным станам.

Первые установки непрерывной разливки стали были вертикальными: слиток опускался из кристаллизатора все время вниз. Такие машины были громоздкими и требовали строительства специальных цехов. Затем стали делать радиальные установки: здесь ролики вытягивающего устройства располагаются по окружности и слиток, выходя из кристаллизатора по-прежнему вниз, в конце концов изгибается до горизонтального положения. Эти установки менее громоздки и удобнее в обслуживани Сейчас создана горизонтальная УНРС — малых размеров и очень простая по конструкциии.