В литейных цехах для плавки стали применяют мартеновские, дуговые и индукционные печи. Мартеновские и электродуговые печи непосредственно в литейном производстве применяют достаточно редко, т.к. они применяются для плавки большого количества металла. Такие печи используют в металлургической отрасли.

 

В зависимости от требований, предъявляемых  к стали, и качества шихтовых материалов применяют печи с основной и кислой футеровкой, определяющей характер плавки.

 

Печи с основной футеровкой

В подобных печах плавка стали производится с использованием шлака, который содержит большое количество CaO. Оксид кальция необходим для того, чтобы вредные примеси (сера и фосфор ) соединялись и образовывали прочные, безвредные соединения.

 

Печи с кислой футеровкой

В печах с кислой футеровкой образующиеся шлаки состоят преимущественно из SiO₂ и практически не вступают во взаимодействие с  серой и фосфором, поэтому необходимо применять шихту с низким содержанием этих элементов.

 

Какие материалы применяются при плавке стали ?

Чушковый чугун – это чугун  в виде бруска, который отливается в горизонтальном положении в изложницу.

Стальной лом – детали, пришедшие в негодность. Отходы сталеплавильного, кузнечного, прессового производства.

Ферросплавы – для выплавки обычных сталей применяются ферромарганец и ферросилиций, а легированных – феррохром, никель, ферротитан, феррованадий, ферромолибден и др. Ферросплавы используются для раскисления и легирования, они должны быть сухими, желательно прокалёнными.

Флюсы – в качестве флюсов применяют известняк, плавиковый шпат, шамотный бой. Последние два используются для разжигания густых известковых шлаков, что способствует обессериванию сырья. В качестве окислителей используется  железная и марганцовая руды, а также окалины.

Огнеупорные материалы – при основном процессе печи футеруются магнезитным кирпичом. При кислом – динасовым кирпичом.

 

 

Индукционная печь

 

Преимущества: возможность плавки в любой среде, отсутствие электрической дуги, которая науглероживает металл или насыщает его ненужными газами. В индукционных печах происходит непрерывное перемешивание жидкого металла, что способствует выравниванию химического состава, облегчает дегазацию и всплывание неметаллических включений, простота регулирования температуры металлы.

 

Недостатки: в индукционных тигельных печах мала интенсивность взаимодействия шлаков с металлом, что приводит к ограниченным возможностям управления процессом плавки, путём изменения состава шлака.

 

Принцип работы индукционной печи основан на явлении электромагнитной индукции. По нагреваемому телу проходят вихревые электрические токи, которые и оказывают тепловое воздействие на металл.

 

 

 

 

Основным элементом индукционной печи является индуктор, который и индуцирует ток. Обычно индуктор водоохлаждаемый. Тигель печи футеруют. Индукционные печи применяют как для плавки стали и чугуна, так и для цветных сплавов.

 

 

Мартеновские печи

 

Мартеновский способ выплавки может быть основным и кислотным (см. выше). Выбор футеровки зависит от состава шлака.

Принцип действия печи очень прост: в рабочую камеру печи вдувается смесь горючего газа и воздуха, которые нагреваются за счёт прохождения через уже нагретый регенератор. (Регенератор — камера, в которой каналы выложены огнеупорным кирпичом). Рабочая камера имеет низкий сводчатый потолок, благодаря чему жар отражается вниз на расплав.

 

Поочерёдно происходит нагрев регенератора печными газами, затем продувка холодным воздухом.

Regenerative chabmers — регенератор

Fuel gas pipe — труба для печного газа

Air pipe — труба для дутья воздуха

Brick checker — шлаковик

Steell with slag layer — сталь со слоем шлака

Charging doors — загрузочное отверстие

Refractory lining — огнеупорный слой

Combustion chamber — камера сгорания

 

Электродуговые печи

 

Принцип работы электродуговой печи — расплавление металла под действием теплоты электрической дуги. Электрическая дуга образуется при подводе к трём графитовым электродам электрического тока. Данный тип печи имеет собственный трансформатор, подключённый к высоковольтной линии. Существуют электродуговые печи постоянного и переменного тока. Обычно стенки печи являются водоохлаждаемые. Свод печи может быть набран из огнеупорного кирпича.

 

 

Процесс изготовления стальных слитков

1-ый этап — загрузка стального лома, скрапа, и другой шихты в печь.

2-ой этап — плавка металлического лома, «приготовление» стали, снятие пробы для анализа состава полученной стали. На крупных предприятиях образцы по пневмопочте отправляют в лабораторию.

 

3-ий этап — когда получена сталь нужного состава, её заливают в ковш, в данном случае в стопорный. Большинство электродуговых печей оснащены поворотным механизмом, который значительно упрощает процесс разливки стали.

 

4-ый этап — заливка стали из стопорного ковша в формы для получения слитков.

 

5-ый этап — прокатка слитков.

 

6-ой этап — обрезка слитков.

 

 

 

Типы печей	Применение печей
	Плавка чугуна		Плавка стали		Плавка цветных сплавов
Тигельные с металлическим тиглем	─		─		Баббиты, цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы
Тигельные с графитовым или шамотным тиглем	Для отдельных отливок в производстве небольшого масштаба		Для отдельных отливок в производстве небольшого масштаба		Все цветные сплавы в производстве небольшого масштаба
Пламенные	Ковкий чугун в мелкосерийном производстве, Белый чугун для крупных отливок валков, изредка серый чугун в производстве небольшого масштаба		Углеродистая и низколегированная сталь для средних и крупных отливок (мартеновские печи)		Медные и алюминиевые сплавы для средних и крупных отливок; при плавке большой угар сплава
Шахтные (вагранки)	Серый и ковкий чугун для разнообразных отливок		При триплекс-процессе с конвертером и электропечью и дуплекс-процессе с конвертером		─
Конвертеры с боковым дутьём	─		Низкоуглеродистая сталь для несоответственных отливок		─
Однофазные дуговые электропечи	В производстве небольшого масштаба		─		Медные и никелевые сплавы
Трёхфазные дуговые электропечи	Для рафинирования жидкого чугуна и плавки на твёрдой завалке для ответственных отливок		Углеродистая и легированная сталь для ответственных отливок		─
Печи сопротивления тигельные и с ванной	─		─		Алюминиевые и магниевые сплавы – в тигельных печах и алюминиевые в печах с ванной
Индукционные с сердечником	─		─		Латунь
Индукционные без сердечника	Преимущественно легированные для ответственных отливок		Углеродистая и легированная сталь для ответственных отливок		Сплавы никелевые, медные, благородных и редких металлов
Электродуговые переменного тока	Для выплавки стали и чугуна			─
Электродуговые постоянного тока				─
Плавильные печи сопротивления	─		─	Легкоплавкие  металлы (олово, свинец, цинк и сплавы на их основе), а также алюминиевые и магниевые
Плазменные электропечи	─		Высоколегированные и малоуглеродистые стали, жаропрочные сплавы	Редкие и тугоплавкие материалы
Электронно-лучевые	─		Высоколегированные стали	Тугоплавкие металлы (ниобий, цирконий, тантал, титан, молибден, вольфрам), медь никель, чистое железо и т.д.
Электрошлаковые	Применяется для отливки слитков			─
Мартеновские	─		Для крупногабаритных стальных отливок, переработка чугуна в сталь	─
Вакумные дуговые печи	─	Фасонные отливки из высоколегированной стали		Тугоплавкие и химически активные металлы (ниобий, цирконий, тантал, титан, молибден, вольфрам)
Газопламенная вращающаяся	Плавка серого и высокопрочного чугуна	─		─