Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Плавка стали в индукционных тигельных печах

Плавку стали в индукционных тигельных печах можно осуществлять кислым и основным процессом.

В кислом тигле индукционных печей, как и в кислых дуговых печах, нежелательно выплавлять стали, содержащие марганец, титан, алюминий, цирконий и другие активные элементы, так как окислы марганца, взаимодействуя с кислой футеровкой, могут вызвать ее преждевременный износ, а титан, алюминий, цирконий энергично восстанавливают кремний шлака и футеровки.

При проведении кислой индукционной плавки, как и вообще при всех кислых процессах, отсутствуют условия для перехода из металла в шлак фосфора и серы. Кроме того, в индукционных печах в связи с более низкой температурой шлака и большей глубиной ванны менее благоприятны условия и для окисления углерода. И хотя избыток углерода можно удалить, все же не рекомендуется, чтобы содержание углерода в шихте превышало более чем на 0,1% допустимое его содержание в готовой стали, а содержание фосфора и серы должно быть ниже допустимых пределов для стали.

В индукционных печах с кислым тиглем плавку ведут, как,правило, без окисления. Большинство легирующих добавок дают в завалку. В связи с быстрым ходом плавки не остается времени для многократной проверки состава металла, поэтому плавка базируется на предварительном расчете, точном знании состава шихты и ее тщательном взвешивании.

Плавка стали в основных индукционных тигельных печах

При плавке стали в индукционных печах с основным тиглем можно использовать любой скрап, так как процесс выгорания марганца, кремния и углерода протекает достаточно быстро, а при необходимости в основной печи можно удалять также фосфор и серу. Но так как индукционные печи вследствие более низкой температуры шлака и меньшей удельной поверхности раздела металл—шлак приспособлены для этих процессов хуже, чем дуговые печи, то в индукционных печах целесообразнее плавку осуществлять переплавом или сплавлением чистых шихтовых материалов.

Ниже рассмотрены элементы технологии плавки стали в индукционной печи с основным тиглем на «свежей» шихте.

Шихтовые материалы и их загрузка впечь

Шихту для индукционных печей следует составлять, учитывая рациональный подбор размеров кусков шихты и плотную их укладку в печи. В мелких кусках шихты генерируется недостаточно высокая удельная мощность, и это приводит к увеличению длительности плавления и расхода электроэнергии. Чем ниже частота тока, тем больше глубина его проникновения и тем меньше удельная мощность. Поэтому размеры кусков шихты следует увеличивать с уменьшением частоты тока. Рекомендуют следующие соотношения:

Частота тока, ГцРазмеры кусков шихты, ммЧастота тока, ГцРазмеры кусков шихты, мм
>10000<51000>=10
10000>=5<500>=20

Шихта не должна быть сильно окислена, так как при этом между отдельными кусками получается плохой электрический контакт, вихревые токи замыкаются в каждом отдельном куске шихты, а это увеличивает продолжительность плавления и расход электроэнергии. Плавка проходит тем быстрее и электроэнергии расходуется тем меньше, чем плотнее уложена шихта. Наиболее рационально шихту укладывать следующим образом.

На дно тигля для смягчения даров крупных кусков уложить мелкую шихту и с целью предохранения металла от окисления завалить немного шлака, ферромарганца и ферросилиция. На дно следует присаживать также тугоплавкие ферросплавы, температура плавления которых выше достигаемых в тигле температур. При таком расположении они начнут растворяться сразу после появления первых порций жидкого металла.

Наиболее крупные куски уложить у стенок тигля на 2/3 высоты индуктора так, чтобы магнитные силовые линии пересекали максимальную площадь сечения куска.
Остальную часть шихты загружать до 2/3 высоты по оси тигля с максимальной плотностью укладки, а выше — менее плотно. Не рекомендуется заполнять тигель выше уровня индуктора, так как куски, лежащие выше индуктора, не пересекаются магнитными силовыми линиями и нагреваются в основном вследствие теплопроводности от нижележащих кусков, но затрудняют осаживание шихты в процессе плавления.

На малых печах шихту загружают вручную. Печи большой емкости можно загружать бадьей, что позволяет сократить время загрузки до 1—2 мин.

После окончания загрузки индукционную печь необходимо закрыть крышкой и включить ток. В начале периода плавления сначала, после включения печи, между кусками шихты в местах их плохого контакта происходят замыкания. В цепи индуктора эти замыкания вызывают толчки тока, поэтому плавление начинают на пониженной мощности источника. По мере прекращения толчков источник тока переключают на полную мощность.

Плавление шихты начинается в первую очередь на половине высоты индуктора у стенок тигля, затем постепенно распространяется вниз и вверх. Сообразно с этим шихта должна иметь возможность опускаться и погружаться в жидкий металл. Однако в верхней части тигля куски шихты могут заклиниваться и свариваться, образуя «мосты». Зависание шихты крайне нежелательно, так как оно может привести к сильному неконтролируемому перегреву жидкого металла и разрушению футеровки. Даже временное зависание шихты увеличивает продолжительность плавления и расход электроэнергии. Для устранения зависания шихту в процессе плавления необходимо периодически осаживать при помощи ломика с резиновой изоляцией ручки.

По мере оседания шихты постепенно погружают оставшуюся часть ее, следя за тем, чтобы холодные куски не попадали в жидкий металл, так как это может вызвать вскипание металла и сваливание холодной шихты в верхней части тигля с образованием трудноустранимых мостов. Нельзя допускать также оголения металла, поскольку это ведет к окислению и насыщению его газами. Во избежание этого при необходимости в тигель по ходу плавления присаживают шлаковую смесь, состоящую из извести, плавикового шпата и шамота.

Во время плавления необходимо следить за показаниями приборов и поддерживать максимальную мощность источника тока. По мере прогрева и оплавления шихты реактивная мощность установки изменяется, что требует периодической подстройки контура в резонанс. Подстройку осуществляют включением или отключением конденсаторов.

Окисление примесей

Окисление марганца, кремния и фосфора, при плавке стали в индукционной печи, происходит уже в период плавления. При высоком содержании фосфора в шихте шлак периода плавления во избежание восстановления фосфора при повышении температуры необходимо удалить. Новый шлак наводят из извести, плавикового шпата шамота. Чтобы повысить активность сравнительно холодных шлаков при индукционной плавке, содержание плавикового шпата в шлаковой смеси увеличивают до 20%. Такие шлаки интенсивно разрушают футеровку печи, поэтому в индукционной печи стараются не применять процессы, требующие активного участия шлака.

Чтобы улучшить взаимодействие между шлаком и металлом, шлак от потерь тепла изолируют (закрывают тигель крышкой) или даже подогревают дугой, элементами сопротивления и другими способами.

При необходимости дополнительного окисления примесей (фосфора и углерода) в тигель малыми порциями присаживают железную руду и шлаковую смесь. Интенсивное кипение металла в тигле может привести к выплескиванию металла, поэтому очередную порцию руды присаживают лишь после успокоения ванны. Расход железной руды составляет 3—5% от массы стали.

Окисление примесей возможно также и путем продувки металла газообразным кислородом, имея, однако, в виду, что интенсивность продувки стали в связи с опасностью его выплескивания из тигля должна быть невелика. В среднем окисление примесей редко продолжается более 15 мин.

Раскисление и рафинирование

В индукционных печах возможно осуществлять и диффузионное, и глубинное раскисление. Технология раскисления металла в индукционной печи мало отличается от технологии раскисления в дуговых электропечах. Однако интенсивное электродинамическое движение металла значительно ускоряет процессы раскисления, распределения присадок и рафинирования металла от продуктов раскисления. Поэтому в индукционных печах раскисление и рафинирование металла требуют меньшего времени. В то же время преимущества диффузионного раскисления в связи с низкой температурой шлака выражены в индукционных печах еще слабее, чем в дуговых.

При необходимости в индукционных печах можно проводить и десульфурацию металла. Для этого необходимо несколько раз скачивать и наводить высокоосновной восстановительный шлак, применять подогрев шлака, увеличивать расход плавикового шпата. Это вызывает увеличение продолжительности плавки, снижает стойкость футеровки печи, усложняет работу. Поэтому в большинстве случаев стремятся так подбирать шихту и так вести процесс, чтобы необходимость специального проведения десульфурации была исключена.

Источник [4] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Плавка стали в открытых электропечах
Вернуться на главную: Черная металлургия