Литейные металлические сплавы (стр. 3 из 4)
Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств (неодинаковый химический состав по сечению), вызванную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметаллических включении.
При ускоренном охлаждении возникает больше самопроизвольно образующихся центров кристаллизации, поэтому строчечность структуры менее резко выражена. Это является дополнительным преимуществом нормализации. При использовании нормализации идёт процесс обезуглероживания.
Способы получения жидкой стали для фасонного литья
В литейных цехах, изготовляющих фасонные стальные отливки, плавку стали производят главным образом в мартеновских и электрических дуговых и индукционных печах.
В зависимости от требований, предъявляемых к стали, и качества шихтовых материалов используют печи с основной или кислой футеровкой, определяющей характер процесса плавки.
Основной процесс проводится в печах, футерованных магнезитовым крипичом, или с магнезитовой, а также доломитовой набивкой. Эти огнеупорные материалы состоят преимущественно из окиси магния (МgО) и окиси кальция (СаО).
В печах с основной футеровкой плавка ведется с применением основного шлака, содержащего высокий процент окиси кальция. Такой шлак позволяет удалить из жидкой стали большую часть содержащихся в ней вредных примесей — серы и фосфора, которые соединяются с окисью кальция в прочные соединения.
Кислый процесс проводится в печах, футерованных материалами, одержащими главным образом окись кремния (SiO2).
Мартеновские печи
В фасонолитейных цехах преимущественно применяются мартеновские печи с основной футеровкой емкостью от 20 до 60 т. Показатели работы мартеновских печей даны в табл.
| Основные показатели работы мартеновских печей | ||||
| Емкость печипо завалке, т | Площадьпода, м2 | Съем сталис 1 м2площадипода в сутки,т | Удельный расход условного топливана 1 т стали, кг | Стойкость(количество плавок) |
| 10152030 | 9,512,515,020,0 | 4,5—6,04,5—6,05,0—6.55,5— 6,5 | 190—280 | 460—600 |
| 4050 | 25,029,0 | 6,0—7,56,0 — 7,5 | 180 — 260 | 400-500 |
 |
Под печи выполнен из чугунных плит, покрытых слоем теплоизоляционного материала, нескольких рядов магнезитового кирпича и верхнего слоя магнезитовой наварки (при основном процессе) из магнезитового порошка в смеси с каменноугольной смолой.
Схема устройства мартеновской печи.
Свод печи делается из магнезитохромитовых или динасовых кирпичей. В передней стене 9 расположены окна 6, закрываемые дверцами, через которые загружают шихтовые материалы, ведется наблюдение за ходом плавки и отбираются пробы металла.
Под ванны имеет наклон к задней стенке, в которой находится летка для выдачи металла. Летка во время плавки заделывается доломитом или магнезитом.
К обеим торцевым стенкам примыкают головки с каналами 1, 2, 3 и 7, через которые подается топливо и воздух и отводятся продукты горения.
Для повышения температуры пламени в печи газообразное топливо и воздух предварительно нагреваются до 1100—1200° С при прохождении через воздушный 12 и газовый 13 регенераторы, которые нагреваются теплом отходящих продуктов горения. Регенераторы заложены кирпичной кладкой с проходами для газа.
Нижняя часть печи состоит из двух пар шлаковиков 10 и 11 (газовых и воздушных), соединенных с одной стороны с головками печи, а с другой — с регенераторами. Шлаковики служат для собирания шлака и пыли, уносимых из рабочего пространства продуктами горения. Две пары регенераторов 12 и 13 предназначены для аккумуляции теплоты отходящих продуктов горения и передачи ее газу и воздуху. Регенераторы соединены боровами с перекидными клапанами и работают попарно и попеременно: в то время как одна пара регенераторов нагревает воздух и газ, другая — аккумулирует тепло отходящих продуктов горения. Спустя 10—15 мин происходит перевод клапана в новое положение и начинает работать другая пара регенераторов.
Жидкое топливо (мазут), также применяемое в этих печах, вводится с помощью форсунок и распыляется струей воздуха под давлением 5—6 кгс/см3. Такие печи имеют только одну пару регенераторов и соответственно одну пару шлаковиков.
Плавку стали в мартеновских печах применяют преимущественнодля крупных стальных отливок. Мартеновский способ выплавки стали обладает следующими преимуществами: возможностью использования большого количества стального лома и передела в жидкую сталь исходных материалов разнообразного химического состава; высоким качеством и возможностью выплавки сталей многих марок; относительно небольшой стоимостью передела. Емкость мартеновских печей составляет 5—500 т, а в цехах фасонного литья машиностроительных заводов 5—100 т.
По конструкции современные мартеновские печи подразделяют на неподвижные или стационарные и качающиеся. Большинство мартеновских печей стационарного типа. Преимущество качающихся печей — это слив стали в ковш в несколько приемов, порциями, а также слив шлака в шлаковню по ходу плавки через порог загрузочного окна. Недостаток таких печей — сложность конструкции печи.
Мартеновские печи строят с кислой и основной футеровкой. Динасовый кирпич применяют для кладки главных сводов, сводов головок и регенераторов, вертикальных каналов, стен шлаковиков в насадках и других частях основной мартеновской печи, а в кислых печах, кроме того, для кладки пода, передней и задней стенок, а для наварки пода после каждой плавки применяют кварцевый песок. Нижнюю часть регенераторов и борова выкладывают из шамотного кирпича, наружную часть — из обычного красного кирпича. Для уменьшения потерь теплоты через кладку регенераторов шлаковики (выше уровня пола цеха и ниже его на 1—1,65 м), а также часть рабочего пространства печи снаружи облицовывают теплоизоляционным материалом. Для повышения стойкости кладки и улучшения условий труда современные мартеновские печи оборудуют системой водяного охлаждения.
Продолжительность службы мартеновской печи при динасовом своде для больших печей составляет 250—300 плавок, для печей малой и средней емкости 400—500 плавок, а при магнезитовой футеровке свода да 700 и более плавок.
Современные мартеновские печи снабжены необходимой контрольно-измерительной аппаратурой и оборудованы устройством для автоматического регулирования расхода топлива и воздуха, а также давления в рабочем пространстве. Автоматически производится переключение клапанов, механизирован подъем заслонок рабочих окон и т. д.
Топливо мартеновских печей.На заводах, не имеющих доменного производства, применяют генераторный или коксовый газ или жидкое топливо, а на заводах, имеющих доменное производство, — смесь коксового и доменного газов с добавкой для подсвечивания факела пламени генераторного газа или смолы.
Процесс выплавки стали в мартеновских печах.В зависимости от футеровки ванны — основной (магнезитовой) или кислой (динасовой) — процесс выплавки стали может быть основным или кислым. В настоящее время почти вся сталь выплавляется в печах с основной футеровкой. Это объясняется тем, что в основном мартеновском процессе можно переплавлять шихту с более высоким содержанием фосфора и серы, чем в готовой стали. Мартеновским процессом можно выплавлять углеродистые, низко- и среднеуглеродистые стали, используемые для производства фасонных отливок.
Кислый мартеновский процесс, благодаря некоторым особенностям, обеспечивает получение плотной структуры стали, поэтому он незаменим при выплавке высококачественных сталей.
Наибольшее распространение для производства фасонных отливок получил скрап-процесс с использованием твердого передельного мартеновского чугуна.
Основной скрап-процесс на твердом чугуне.При скрап-процессе основным источником кислорода для окисления примесей чугуна является газовая фаза печи. Только незначительную часть кислорода дает железная руда, вводимая в печь по ходу плавки в количестве около 30%. Шихту для скрап-процесса рассчитывают так, чтобы она содержала около 1% Мn, не более 0,3% Р, не более 0,05—0,06% S и минимальное количество кремния. Обычно шихта при скрап-процессе содержит около 30% передельного мартеновского чугуна, до 15% стальной стружки при выплавке углеродистых сталей и около 10% при выплавке легированных. Остальную часть металлической шихты составляет привозной стальной лом и собственный возврат. Шихту рассчитывают исходя из того, чтобы содержание углерода в ней было на 0,3—0,5% больше содержания углерода в готовой стали.
Процесс плавки условно можно разделить на следующие периоды: заправка печи, завалка и плавление, кипение, раскисление и выпуск.
Заправка печи.В процессе эксплуатации печи ее под, стенки, откосы изнашиваются. Для поддержания пода, откосов печи в надлежащем состоянии их периодически обновляют, осуществляя заправку печи. Для заправки печи применяют обожженный, молотый и просеянный доломит или металлургический магнезит, а иногда сырой дробленый доломит. Заправку печи производят в минимальное время, чтобы устранить окисление пода. Обычно эта операция не превышает 10—15 мин. Заправку заканчивают заделкой выпускного отверстия магнезитовым порошком.
Заправку печи осуществляют машинами и вручную. Ее начинают, как только уровень металла в печи при выпуске готовой стали начнет понижаться.
Завалка шихты при работе на скрап-процессе на твердом чугуне.Чем быстрее производят завалку, тем меньше продолжительность плавки. На под следует загружать мелкий чистый лом (10—20% общего количества стального лома в шихте); на лом известняк (6—7% массы металлической шихты) и иногда боксит; иногда же вместо известняка применяют известь. Это сокращает плавку стали и сокращает расход чугуна, идущего на завалку. Поверх известняка загружают боксит, после чего в течение 10—15 мин прогревают известняк. На прогретый известняк загружают передельный чугун (10—15% массы металлической шихты), затем стальную стружку, на которую загружают крупный лом. После хорошего прогрева металлической части шихты заваливают остальной чугун. При работе скрап-процессом на твердой завалке заправку порогов проводят быстро, чтобы предупредить заплывание их плавящимся чугуном, загружаемым в конце, периода завалки.