Виробництво сталі в електропечах

В електропечах виробляють високоякісні конструкційні, інструментальні та спеціальні сталі з мінімальним вмістом шкідливих домішок і неметалевих вкраплень. Електропечі поділяють на дугові та індукційні. Зараз в електропечах отримують до 35% світової сталі.

Електродугова піч складається із сталевого корпусу з вогнетривкою футерівкою. Корпус накритий склепінням з трьома отворами для графітизованих електродів. Джерелом тепла є електрична дуга, що горить між електродом і шихтою. Електроди автоматично опускаються, забезпечуючи необхідну дугу. Піч має отвір для виливання сталі та вікно для контролю за процесом і для завантаження флюсу, феросплавів та легуючих елементів. Для прискорення оксидації вуглецю, кремнію та марганцю розплавлений метал продувають киснем. Місткість дугових печей доходить до 400 т.

В індукційних електропечах змінний струм індуктора збуджує в металевій частині шихти потужні вихрові струми, які нагрівають і розплавляють шихту. В таких печах виплавляють дуже якісні жаростійкі, жароміцні та інші сталі.

Індукційна тигльова піч складається з тигля, навколо якого намотаний індуктор з мідної труби, охолоджуваної водою. Тигель виготовляється з вогнетривких порошків, скріплених зв’язкою. Тигель завантажується шихтою і закривається кришкою. Рідкий метал виливається у розливний пристрій при нахилянні печі.

Позадоменне рафінування сталі

Останнім часом постійно зростають вимоги до чистоти сталі щодо оксидів, сульфідів і розчинених газів. Очищення сталі частіше всього проводять після виливання з доменної печі в ківш. Основними способами такого очищення є обробка рідкої сталі в ковші синтетичним шлаком, вакуумування сталі та продування її інертним газом.

Обробка сталі синтетичним шлаком полягає в тому, що спочатку на дно ковша засипають синтетичний шлак, а потім заливають розплавлену сталь. Цей шлак складається із 55% СаО, 40% Al₂O₃, решта - SiO₂, MgO, FеО і готується в електропечі. Шлак добре перемішується з металом, зменшує вміст сірки і виносить на поверхню неметалеві домішки.

Вакуумна дегазація проводиться в спеціальній камері, куди ставлять ківш з металом. В камері знижується тиск і на поверхню металу бурхливо виходить азот, водень і оксид вуглецю, захоплюючи з собою неметалеві домішки.

Продування рідкої сталі інертним газом (частіше всього аргоном) через пористі вогнетривкі блоки в дні ковша сприяє виходу на поверхню металу водню та азоту та винесенню неметалевих вкраплень.

Розливання сталі

Виплавлена сталь з печі або конвертора виливається в ківш і недовго відстоюється для вирівнювання хімічного складу, дегазації і вилучення неметалевих вкраплень. Ківш має сталевий корпус, футерований шамотом або магнезитом. В дні є отвір для виливання сталі. Отвір закритий металевим стопором, захищеним вогнетривами. Ківш містить від 5 до 400 т. сталі і транспортується мостовим краном. З ковша сталь виливають в машини безперервного литва або в спеціальні металеві форми – виливниці. Після кристалізації отримують зливки, які переважно подаються на прокатування.

Виливниця частіше всього виготовляється з чавуну і має квадратну, прямокутну або круглу форму. Маса зливків від 1 до 12т., інколи до 300т. Метал у виливниці заливають зверху або сифонним способом. При розливанні зверху сталь розбризкується, бризки прилипають до поверхні виливниці, покриваються оксидною плівкою і не переходять у зливок. Перед прокатуванням їх потрібно вирізувати.

При сифонному розливанні сталь з центрального ливника по каналах надходить одночасно у всі виливниці. Поверхня зливків якісніша, але витрачається метал на ливникову систему. Так отримують дрібні та середні зливки.

Налита у виливницю сталь охолоджується нерівномірно. Кристалізація починається біля стінок та дна виливниці. Так як потік теплоти направлений перпендикулярно до стінок виливниці, то в цих напрямках утворюються стовпчасті кристали. В процесі охолодження зливка зменшується його об’єм і утворюється усадкова порожнина у верхній частині зливка.

Безперервне розливання полягає втому, що сталь із ковша виливають у металевий кристалізатор, який охолоджується водою. Розжарений зливок валками протягується вниз, додатково охолоджується водою. Тому кристалізація відбувається швидко. В результаті структура зливка щільна, дрібнозерниста і хімічно однорідна. На виході з машини зливок розрізується на частини необхідної довжини. Поперечний переріз кристалізатора визначається конфігурацією майбутнього виробу. Зливки мають якісну поверхню, відсутня усадкова порожнина, нема потреби у великій кількості виливниць.

В Японії, Італії, Південній Кореї та ФРН понад 95% сталі розливають на таких машинах. Дуже відстають в цьому КНР, Росія, Індія та Україна.

Тема 2.3 Вуглецеві сталі.

Вуглецеві сталі – це багатокомпонентні сплави заліза з вуглецем, марганцем, кремнієм, фосфором, сіркою та іншими компонентами.