Новые способы производства и внепечной обработки стали

В обычных сталеплавильных печах трудно, а иногда и невозможно получить металл, который удовлетворял бы возросши потребностям современной техники. Поэтому большое развитие получают различные специальные способы производства высококачественных сплавов и сталей: плазменный, электрошлаковый, вакуумно-дуговой, вакуумно-индукционный и др. Сталь, полученная этими способами, отличается высокой химической и структурной однородностью, низким содержанием серы и неметаллических включений. Срок службы изделий из этой стали в 2...3 раза выше, чем из стали, полученной обычными способами.

Плазменная плавка производится в плазменной печи. По конструкции эта печь аналогична электродуговой с той лишь раз­ницей, что энергия подводится к ванне не электродами, а с помощью плазмотронов. В качестве плазмообразующего газа могут приме­няться аргон, азот, углекислый газ. При использовании аргона плавка стали протекает в нейтральной среде, что позволяет пере­плавлять в плазменных печах стружку и отходы металлообрабаты­вающих производств. В плазменных печах можно получать особо низкоуглеродистые стали, потребность в которых непрерывно уве­личивается. С целью улучшения качества стали применяется так называемое плазменно-водородное раскисление, которое дает воз­можность уменьшить содержание кислорода, растворенного в ме­талле. Кроме того, работа плазменных печей характеризуется более низким уровнем шума, что обеспечивает улучшение условий труда в литейных цехах.

Сущность электрошлакового переплава (ЭШП) ста­ли сводится к следующему. Сталь, выплавленная в мартенов­ской или электропечи, в виде литого или полученного прокаткой электрода закрепляется в электрододержателе над металлическим, охлаждаемым водой, кристаллизатором. В начале процесса на дно (поддон) кристаллизатора засыпают шлак. Для этих целей исполь­зуется шлак типа АНФ-б (70 % СaO и 30 % А12О3). Шлак способ­ствует раскислению и десульфурации металла, содержание серы в стали снижается в 2...6 раз.

При подаче напряжения между электродом и смесью на под­доне возникает электрическая дуга. За счет выделяемой теплоты флюс плавится, и образуется шлак. При определенной толщине слоя шлака электрическая дуга исчезает, а теплота выделяется при прохождении тока через шлак, имеющий высокое электро­сопротивление. Температура шлака достигает

2000 °С, металл электрода плавится, а проходя через шлак, очищается от примесей и быстро формуется в водоохлаждаемом кристаллизаторе с обра­зованием слитка. Слитки получают круглые, квадратные, а также в виде труб. Масса слитков доходит до нескольких тонн. Такие слитки отличаются высокой плотностью, чистотой поверхности при высокой однородности механических свойств металла. Для умень­шения себестоимости электрошлакового переплава и улучшения свойств стали необходимо переплавляемые электроды изготовлять непрерывной или полунепрерывной отливкой. В процессе ЭШП химический состав стали по легирующим элементам не изменяется. Степень очистки металла от серы составляет около 30%, а ее содержание может быть уменьшено до 0,005%. После ЭШП повышается прочность и пластичность стали, улучшается ее свариваемость и уменьшается анизотропия механических свойств. Подвергать ЭШП целесообразно шарикоподшипниковые стали, жаропрочные стали для дисков и лопаток газовых турбин и конструкционные стали авиационного назначения.

Об эффективности ЭШП свидетельствует следующий пример. Для поковки ротора турбогенератора используется слиток марте­новской стали массой 400...500 т, а если применить для этих целей сталь более высокого качества, полученную ЭШП, экономия метал­ла составит 150...200 т.

При в а к у у м н о-д у г о в о й плавке в печи создается ва­куум и подвешивается электрод, предварительно выплавленный в обычной мартеновской или электрической печи. Электрод служит катодом, а затравка и получаемый в водоохлаждаемом тигле металл, очищенный от примесей,— анодом. Между ними образуется электродуга, электрод непрерывно расплавляется. Изложница сверху плотно закрыта цилиндром с электрододержателем. В условиях вакуума из жидкого металла удаляются газы и неметаллические включения. Этим способом получают слитки жаропрочных сплавов и слитки молибдена, титана, циркония и др. Сложность оборудования и высокая стоимость выплавляемого металла ограничивают пока широкое применение этого способа.

При в а к у у м н о - и н д у к ц и о н н о й плавке обычную индукционную печь помещают в камеру (кожух), из которой откачивают воздух. Выплавка в вакууме способствует снижению содержания газов, неметаллических включений в стали и дает возможность получать сталь строго заданных химического состава и свойств.

Срок службы изделий из металла, полученного переплавкой увеличивается в 1,5...2,5 раза.

Н е п р е р ы в н а я р а з л и в к а стали

При непрерывной разливке стали сокращаются отходы металл; (масса годных заготовок составляет 96...98 % массы жидкой ста ли), обеспечиваются лучшее качество поверхности слитков, возможность полной механизации и автоматизации процесса. Кроме того, отпадает необходимость в парке изложниц. В настоящее время ведутся работы по созданию нового способа разливки стали под регулируемым давлением. Доказано, что уже при давлении

9,8 МПа в металле полностью исчезают литейные пороки, нет усадочных раковин, резко возрастает его сопротивление удару.

Преимущество непрерывной разливки в том, что выход литья по сравнению с разливкой в изложницы увеличивается в зависимости от марок стали на 15...20 %.

Параллельно с совершенствованием плавильных агрегатов интенсивно развиваются методы внепечной обработки стали.

Наиболее перспективные приемы внепечной обработки следующие.

Обработка жидкой стали в вакууме. Ковш с жидким металлом устанавливают в камеру, закрывают крышкой и откачивают из камеры воздух до давления 65...150 Па. Продолжительность обработки 10...15 мин. За это время происходит удаление неметаллических включений, частичная дегазация и раскисление стали.

Продувка металла газами. Наибольшее распространение получила продувка стали инертными газами, особенно аргоном, при этом повышаются качество стали и выход годного металла.

Дата добавления: 2014-01-15