8.4 Выплавка стали в индукционных печах
В индукционной бессердечниковой печи металл расплавляют в тигле, расположенном внутри индуктора, который представляет собой спираль с несколькими витками из токопроводящего материала. Через индуктор пропускают переменный ток; создаваемый при этом внутри индуктора переменный магнитный поток наводит в металле вихревые токи, которые обеспечивают его нагрев и плавление.
Важная особенность индукционных печей – интенсивная циркуляция жидкого металла, вызываемая взаимодействием электромагнитных полей, возбуждаемых, с одной стороны, токами, проходящими по индуктору и, с другой, вихревыми токами в металле. Положительная сторона этого явления в том, что благодаря перемешиванию ускоряются плавление и выравнивание состава и температуры металла, отрицательная – в том, что поверхность металла получается выпуклой и может оголяться, так как шлак стекает к стенкам тигля. Еще одной особенностью индукционных печей является то, что плотность индуктируемых токов достигаем максимума на поверхности металла у стенок тигля и снижается по направлению к оси тигля (“поверхностный эффект”). В этом поверхностном слое выделяется наибольшее количество тепла, за счет которого плавится шихта. Толщина слоя металла с большей плотностью индуктируемых токов обратно пропорциональна корню квадратному из частоты.
Индукционные печи делят на два типа: а) питаемые током повышенной частоты; б) питаемые током промышленной частоты (50 Гц). В печах первого типа частота питающего тока обычно снижается по мере роста емкости и диаметра тигля; малые (несколько килограмм и менее) печи питаются током с частотой от 50 до 1000 кГц, средние и крупные (емкостью до десяти тонн) токами с частотой 0,5-10 кГц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Достоинствами бессемеровского и томасовского процессов являются: высокая производительность, простота устройства конвертера, отсутствие необходимости применять топливо, малый расход огнеупоров и связанные с этим более низкие, чем при мартеновском и электросталеплавильном процессах, капитальные затраты и расходы по переделу. Однако обоим процессам был присущ большой недостаток – повышенное содержание азота в стали, вызываемое тем, что азот воздушного дутья растворяется в металле. По этой причине бессемеровская и томасовская стали обладают повышенной хрупкостью и склонностью к старению.
В период с 1955 по 1975 г. бессемеровский и томасовские процессы и их разновидности были вытеснены кислородно-конвертерными процессами с верхней и нижней подачей дутья.
По сравнению с мартеновским производством конвертерное характеризуется лучшими условиями труда и меньшим загрязнением окружающей природной среды.
Эффективность работы мартеновских печей определяют, сравнивая их производительности и себестоимости выплавляемой стали.
Несмотря на высокие качества кислой мартеновской стали, область ее применения постепенно сужается, так как, во-первых, непрерывно улучшается качество стали, выплавляемой в основных мартеновских печах, конвертерах и дуговых электропечах и, во-вторых, стоимость кислой мартеновской стали значительно выше, чем основной. Применяемый в качестве шихтовых материалов кислого мартеновского процесса чугун, металлическая заготовка или жидкий полупродукт с малым количеством примесей в два с лишним раза дороже шихты, используемой в основных мартеновских печах. Кроме того, производительность кислых мартеновских печей значительно ниже, чем основных. В настоящее время кислую мартеновскую сталь используют только для изготовления особо ответственных изделий.
Основные достоинства дуговых электропечей заключаются в возможности: быстро нагреть металл, благодаря чему в печь можно вводить большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки, что обеспечивает малый угар вводимых в печь легирующих элементов; возможность более полно, чем в других печах, раскислять металл, получая его с более низким содержанием оксидных неметаллических включений, а также получать сталь с более низким содержанием серы в связи с ее хорошим удалением в безокислительный шлак; плавно и точно регулировать температуру металла.
Индукционные печи имеют следующие преимущества по сравнению с дуговыми:
а) отсутствуют высокотемпературные дуги, что уменьшает поглощение водорода и азота и угар металла при плавление;
б) незначительный угар легирующих элементов при переплаве легированных отходов;
в) малые габариты печей, позволяющие поместить их в закрытые камеры и вести плавку и разливку в вакууме или в атмосфере инертного газа;
г) электродинамическое перемешивание, способствующее получению однородного по составу и температуре металла.
Основными недостатками индукционных печей являются малая стойкость основной футеровки и низкая температура шлаков, которые нагреваются от металла; из-за холодных шлаков затруднено удаление фосфора и серы при плавке.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воскобойников В.Г. Общая металлургия [Текст]: учебник для вузов / В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев. – 6-е изд., доп. и перераб. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. – 768 с.
2. Металлургия стали [Текст]: учебник для вузов / под ред. В. И. Явойского. – М.: Металлургия, 1983. – 584 с.
3. Воскобойников В.Г. Технология и экономика переработки железных руд [Текст]: учебник для вузов / В.Г. Воскобойников. – М.: Металлургия, 1977. – 255 с.
4. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали [Текст]: учебник для вузов / В.А. Кудрин. – М.: Мир, 2003. – 528 с.
5. Бигеев А.М. Металлургия стали [Текст]: учебник для вузов / А.М. Бигеев. – 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Металлургия, 1988. – 480 с.