Позапічне рафінування та переплавлення сталі

                    Позапічне рафінування та переплавлення сталі 

   Якість виплавлених у різних плавильних агрегатах сталей не завжди відповідає вимогам сучасної техніки. Тому для поліпшення її розроблено спеціальні технологічні процеси позапічного рафінування і рафінувальних переплавок.

        Позапічне рафінування - найважливіший напрямок сталеварного виробництва, оскільки дозволяє скоротити тривалість варіння та ггідвищиги продуктивність сталеварних агрегатів (мартенів, кисневих конверторів, електродугових печей) при одночасному підвищенні якості сталі, надійності і довговічності виготовлених з неї виробів. Основними методами позаггічної металургії є: оброблення синтетичними шлаками, вакуумування, продування іїертними газами та порошками. 

 1. Вакуумна обробка застосовується для зменшення вмісту в сталі розчи- 
нених газів (0₂, Н₂, N2). При цьому завдяки інтенсивному перемішуван- 
ню металу бульбашками газів, що виділяються, видаляються внаслідок 
флотації частини неметалевих домішок, які "прилипають" до бульбашок 
газів, виносяться ними наверх у шлак.

 Вакуумна обробка дає змогу в 3...5 разів зменшити вміст газів і в 2...З рази неметалевих домішок у сталі, що сприяють підвищенню її міцності й пластичності.

Найпоширеніші такі способи обробки сталі вакуумом:

 а) ківш з металом розміщують у вакуумній камері з залишковим тис- 
ком 250...650 Па і витримують у ній 10...15 хв. Для прискорення процесу 
вакуумування сталь перемішують інертним газом;

 б) сталь вакуумують при переливанні з ковша у ківш або з ковша у 
виливницю, тобто обробляють вакуумом струмінь металу;

 в) сталь вакуумують окремими дозами. Для цього вакуумну камеру З 
(рис. 1.12, а) опускають (або ківш 1 підіймають) так, щоб патрубок 2 зану- 
рився в метал. Під дією вакууму метал засмоктується у вакуумну камеру, 
витримується деякий час і знову виливається у ківш 1. Ця операція повто- 
рюється стільки разів, скільки потрібно для завершення вакуумування;

 г) більш продуктивним є циркуляційне вакуумування. Два патрубки 2 
(рис. 1.12, 6) вакуумної камери З занурюють у метал і він піднімається в 
камеру. Крізь один із патрубків подають інертний газ (аргон), внаслідок 
чого метал спрямовується по ньому в камеру, а по другому - стікає в ківш, 
циркулюючи таким чином через установку. 
 
 

  2. Обробка сталі синтетичним шлаком. Спочатку в розливний ківш за- 
ливають рідкий шлак (близько 45 % СаО, 40 % А1₂0₃,10 % 8і0₂, 5 % М§0) 
кількістю 3...5 % від маси рідкої сталі. Потім з якомога більшої висоти

потужним струменем випускають виплавлену сталь. Унаслідок інтенсивного перемішування сталі й шлаку поверхня їх взаємодії збільшується в сотні разів порівняно з тією, що була в печі. Тому процеси рафінування значно прискорюються, і для їх перебігу потрібно не 1,5...2 год, як звичайно в печі, а приблизно стільки, скільки на випуск плавки.

 Рафінована синтетичним шлаком сталь відрізняється малим вмістом кисню, сірки і неметалевих домішок, що забезпечує її високу пластичність і ударну в'язкість.

 До рафінувальних переплавок належать: електрошлакова, вакуумно-дугова, плазмоводугова, електронно-променева. 
 
 
 
 
 

  3. Електрошлакову переплавку (ЕШП) виконують так. Сталь для пере- 
плавки надходить в установку у вигляді електрода 6 (рис. 1.13, а). Розпла- 
влений шлак 5 (суміш 60...65 % СаБ, 25...ЗО % А1₂0₃, СаО та інші добав- 
ки) має великий електроопір, тому при проходженні електричного стру- 
му в ньому генерується теплота, достатня для розплавлення електрода. 
Краплі металу проходять крізь шар шлаку 5, збираються у ванні 4, затвер- 
дівають в охолоджуваному водою кристалізаторі 2 і утворюють зливок 
3. При цьому кристалізація металу проходить послідовно і спрямована 
вверх, що сприяє видаленню неметалевих домішок і бульбашок газу, а 
отже, створенню щільної і однорідної структури зливка. В кінці перепла- 
вки піддон 1 опускають і затверділий зливок витягують із каталізатора.

Сучасні установки ЕШП дають змогу виготовляти зливки різного перерізу масою до 40 т. 

4. Вакуумно-дугову переплавку (ВДП) проводять у вакуумних дугових 
печах з електродом 6, що переплавляється (рис. 1.13, б), при цьому зливок 
З утворюється, як і при ЕШП, в охолоджуваному водою кристалізаторі 2.

 У корпусі 7 печі підтримується вакуум близько 1,5 Па, що сприяє якісному очищенню металу від газів, а спрямована кристалізація забезпечує видалення неметалевих домішок, утворення щільної структури і виключає утворення усадочної раковини. Місткість печей для ВДП досягає 60 т. 

    5.Плазмоводугову переплавку (ПДП) застосовують для добування сталі 
й сплавів особливо високої чистоти. Джерелом теплоти в установці є пла- 
змова дуга з температурою 10 000... 15 000 °С (рис. 1.13, в). Вихідний матеріал для виготовлення зливків може надходити у вигляді електрода інших подрібнених відходів металообробної промисловості. Метал плавиться і затвердіває в охолоджуваному водою кристалізаторі, а зливок витягується вниз. Завдяки високій температурі з металу інтенсивно випаровуються сірка і фосфор, а також видаляються неметалеві домішки. 

 6. Електронно-променеву переплавку (ЕПП) здійснюють за рахунок теплоти, яка утворюється внаслідок опромінення металу потоком електронів. Переплавка проводиться у вакуумних установках, подібних до тих, що використовуються для ПДП при залишковому тиску 0,001 Па (рис. 1.13, г).

  Глибокий вакуум і сприятливі умови затверднення забезпечують одержання особливо чистого металу. Тому ЕПП застосовують для одержання сталей особливо високої чистоти, сплавів зі спеціальними властивостями, а також чистих тугоплавких металів (\У, Мо, ІЧЬ та ін.).