Процесс плавки стали в индукционных печах

Индукционные печи отличаются от дуговых способом подвода энергии к расплавленному металлу. Индукционная печь примерно работает так же, как обычный трансформатор: имеется первичная катушка, вокруг которой при пропускании переменного тока создается переменное магнитное поле. Магнитный поток наводит во вторичной печи переменный ток, под влиянием которого нагревается и расплавляется металл. Индукционные печи имеют емкость от 50 кг до 100 т и более.

В немагнитном каркасе имеются индуктор и огнеупорный плавильный двигатель. Индуктор печи выполнен в виде катушки с определенным числом витков медной трубки, внутри которой циркулирует охлаждающая вода. Металл загружают в тигель, который является вторичной обмоткой. Переменный ток вырабатывается в машинных или ламповых генераторах. Подвод тока от генератора к индуктору осуществляется посредством гибкого кабеля или медных шин. Мощность и частота тока определяются емкостью плавильного тигля и состава шихты. Обычно в индукционных печах используется ток частотой 500 -2500 гц. Крупные печи работают на меньших частотах. Мощность генератора выбирают из расчета 1,0-1,4 квт/кг шихты. Плавильные тигли печей изготавливают из кислых или основных огнеупорных материалов.

Печь (рис. 2) состоит из огнеупорного плавильного тигля и индуктора 8. Индуктор выполнен в виде катушки из медной трубки, по которой циркулирует охлаждающая вода. Ток подается по гибким шинам 7 через печные конденсаторы 6 от рубильника 4, находящегося на щите управления 5. К щиту ток подается от пускателя 1 через преобразователь 2 и конденсатор 3.

Необходимый для питания индукционной печи переменный ток повышенной частоты вырабатывают в специальных машинных или ламповых генераторах. Ток от генераторов к индуктору подводится по гибкому кабелю или медным шинам. Обычно в индукционных печах используют ток частотой 500—2500 Гц.

В индукционных печах сталь выплавляют методов переплава шихты. Угар легирующих элементов при этом получается очень небольшим. Шлак образуется при загрузке шлакообразующих компонентов на поверхность расплавленного металла. Температура шлака во всех случаях меньше температуры металла, так как шлак не обладает магнитной проницаемости и в нем не индуцируется ток. Для выпуска стали из печи, тигель наклоняют в сторону сливного носка.

В индукционных печах нет углерода, поэтому металл не науглероживается. Под действием электромагнитных сил металл циркулирует, что ускоряет химические реакции и способствует получению однородного металла.

Индукционные печи применяют для выплавки высоколегированных сталей и сплавов особого назначения, имеющих низкое содержание углерода и кремния.

 

Разливка стали и кристаллизация стального слитка

Процесс разливки стали включает подготовку жидкой стали к разливке, ее транспортировку от сталеплавильного агрегата до места разливки и непосредственную заливку стали в формы с целью получения отливок заданных параметров по линейным размерам, форме, весу, механическим свойствам и требуемой структуры.

Основной особенностью, которую следует учитывать при разливке стали, является то, что она имеет меньшую жидкотекучесть, чем чугун, повышенную усадку – линейную 2% и объемную 6%.

Усадка жидкого металла зависит от температуры заливки и является величиной неопределенной. Поэтому ее относят к определенному отрезку температуры (в 1⁰С или в 100⁰С) и обычно выражают в процентах. Усадку затвердевания и усадку твердого металла (объемную и линейную) также выражают в процентах.

Объемная усадка твердого металла принимается по известным соотношениям для коэффициентов теплового расширения тел в 3 раза больше, чем линейная.

В изложницах сталь затвер­девает в форме кристаллов древовидной формы—дендритов. Тепло от кристаллизующегося слитка отводится через стенки изложницы и поэтому затвердевание жидкой стали начинается у стенок изложницы. Толщина затвер­девшего слоя непрерывно растет в направлении к цент­ру слитка.

Слитки спокойной и кипящей стали имеют различную структуру. При остывании слитка спокойной стали металл дает усадку (уменьшается в объеме). В результате этого в слитке образуется пустота — усадочная раковина, которую стараются вывести в верхнюю часть слитка. Для этого на изложницы устанавливают прибыльные надставки, в которых металл затвердевает в последнюю очередь, что способствует выводу сюда усадочной рако­вины.

Слиток кипящей стали имеет следующие зоны: 1) плотная наружная корочка; 2) зона сотовых пузырей, образующаяся в результате застревания между кристаллами газовых пузырей; 3) промежуточная плотная зона; 4) зона вторичных неориентированных пузырей и 5) срединная зона. Концентрированной уса­дочной раковины в слитке кипящей стали не образует­ся; усадка здесь рассредоточена по многочисленным га­зовым полостям. Слитки-заготовки, получаемые на машинах непре­рывного литья, имеют более однородную структуру.

 

Разливка стали в изложницы

Разливку жидкой стали в изложницы применяют для получения стальных заготовок, значительных габаритов и массы, для их дальнейшей обработки давлением (после их остывания и последующего дополнительного нагрева) с целью получения сортового проката или больших поковок. Разливку жидкой стали в изложницы осуществляют из ковша. Формы для разливки (изложницы) принимаются в зависимости от намечаемой готовой продукции: для сортового и фасонного проката.

Изложницы представляют собой чугунные формы для получения слитков различного сечения. По конструкции изложницы подразделяют на глуходонные и сквозные, по способу заливки металла - на заполняемые сверху и заполняемые снизу (сифонная разливка). Чугунные изложницы вертикального типаиспользуются для разливки стали. Изложницы для слитков, предназначенных для поковок, вмещают до 100 т стали и более; изложницы для стали, идущей в прокатку, рассчитаны на слитки массой от 100 кГ до 20 т (слитки для слябов). В целях уменьшения усадочной раковины в слитках И. изготовляют с утепленной надставкой.

Способ разливки стали в изложницу и состояние металла в процессе разливки и затвердевания существенно влияют на свойства стали. В основном различают два вида разливки: кипящей и спокойной стали.

Применяют два способа разливки стали в изложницы: сверху непосредственно в изложницу и сифоном

При разливке сверху (рис.6) сталь заливают из ковша 2 в каждую изложницу 1 последовательно.

При таком способе разливки стали поверхность слитков вследствие попадания брызг жидкого металла на стенки изложницы может быть загрязненной пленками оксидов.

Рис. 6 Схема изложниц: а-с верхней разливкой; б-с сифонной разливкой

 

При сифонной заливке (рис. 6,б) сталью заполняют одновременно от 2 до 6установленных на поддоне 5 изложниц через центровой литник 3 и каналы в поддоне. В этом случае сталь поступает в изложницы снизу, что обеспечивает плавное, без разбрызгивания их заполнение, поверхность слитка получается чистой, сокращается время разливки. Сталь в надставке 4 сохраняется в жидком состоянии, благодаря чему уменьшаются раковина и отходы слитка при обрезке. Разливку сверху обычно применяют для углеродистых, а разливку сифоном — для легированных сталей.

 

 

Непрерывная разливка стали

Сущность способа непрерывной разливки заключается в том, что жидкую сталь непрерывно заливают в водоохлаждаемую изложницу без дна - кристаллизатор, из нижней части которого вытягивают затвердевший по периферии слиток с жидкой сердцевиной (рисунок 37). Далее слиток движется через зону вторичного охлаждения, где полностью затвердевает, после чего его разрезают на заготовки определенной длины. Разливку ведут до израсходования металла в сталеразливочном ковше. До начала разливки в кристаллизатор вводят временное дно, называемое затравкой.

Агрегаты для разливки стали этим методом называют машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) или установками непрерывной разливки ста-ли (УНРС). Существует несколько типов машин непрерывной разливки, из которых наиболее распространение получили вертикальные, криволинейные, горизонтальные (рисунок 38).

В зависимости от количества одновременно отливаемых слитков машины могут быть одноручьевыми, двухручьевыми и многоручьевыми. На машинах непрерывной разливки отливают заготовки квадратного сечения (блюмы), прямоугольного (слябы), круглого и полые круглые заготовки для производства труб.

Главные преимущества непрерывной разливки стали перед разливкой в изложницы заключаются:

· в повышении выхода годного металла (вследствие отсутствия усадочной раковины в заготовках, полученных при непрерывной разливке);

· в отсутствии необходимости строительства и эксплуатации обжимных станов (блюмингов и слябингов);

· в снижении химической неоднородности металла;

· в уменьшении затрат ручного труда;

· в улучшении условий труда при разливке;