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 | ─ | ─ | ||