6.7. Спеціальні способи виробництва сталі
Навіть найбільш якісна сталь, отримана на сучасному виробництві, не завжди повністю задовольняє зростаючим вимогам. Для отримання сталей особливо високої якості використовуються спеціальні способи виробництва і очистки.
Поширеними способами підвищення якості сталі є ті, які базуються на переплавних процесах. У процесі переплаву зменшується кількість неметалічних включень, вони більш сприятливо розподіляються. Зменшується вміст газів і шкідливих домішок тощо. Одним з поширених методів отримання нержавіючих, підшипникових та інших високоякісних сталей є електрошлаковий переплав, принципова схема установки для електрошлакового переплаву зображена на рисунку 6.14.
Рис. 6.14
При цьому електрод, який переплавляється (за звичай круглого перерізу), розплавляється в шарі нагрітого рідкого шлаку. Проходячи краплинами через шар шлаку, рідкий метал очищається від домішок. Під шаром шлаку в кристалізаторі-виливниці поступово утворюється злиток.
Подібним до електрошлакового переплаву використовується електродуговий вакуумний переплав (рис. 6.15, а).
Для переплавлення електрод 5 закріплюють на штоку, який охолоджується водою. Потім електрод вводять у мідний кристалізатор, який теж охолоджується водою. При дотику електрода до затравки виникає електрична дуга, яка спричиняє плавлення електроду. У кристалізаторі утворюється рідкий метал. Далі дуга підтримується між електродом і рідким металом. Плавка відбувається у вакуумі. При вакуумно-дуговому переплаві метали добре очищаються від газів і неметалічних забруднень. Недолі-ком є те, що важко створити необхідний вакуум.
Рис. 6.15
Незначну кількість сталі, але високої якості можна отримати електронно-променевою плавкою (рис. 60, б). Плавлення металу при цьому методі відбувається під дією потоку електронів, які випромінюються високовольтною катодною гарматою. Плавка відбувається у глибокому вакуумі. Наявний вакуум у плавильному просторі печі та сприятливі умови затвердіння забезпечують виробництво, хоч і в незначній кількості, особливо чистої сталі.
Останнім часом для виробництва особливо чистої сталі використовують плазменну дугову плавку (рис. 60, в). Джерелом тепла при плазмовій плавці є плазмова дуга, яка виникає між розплавленим металом і катодом плазмотрона. Температура при цьому може сягати 5000°С. Переплавку можна вести у вакуумі, нейтральному, відновлюваному та окислюючому середовищах.
Крім переплаву якість сталі може поліпшуватись після плавлення (в ковшах). Широке застосування знайшла обробка сталі рідким вапняно-глиноземним шлаком. Розплавлений шлак заливають у ківш зі сталлю, яка щойно виплавлена в сталеплавильній печі. Сталь і шлак перемішуються. Домішки з сталі переходять у шлак. Відбувається також розкислення заліза та марганцю.
Добре зарекомендувала себе промивка сталі інертними газами (аргоном). Бульбашки аргону виносять з собою розчинені в сталі гази та неметалічні включення. Промивка аргоном ведеться, як правило, через заглушки з пористого матеріалу, які розташовані у дні ковша. Для зменшення в сталі вмісту вуглецю промивку здійснюють сумішшю кисню з аргоном. Бульбашки аргону полегшують процес виділення газу СО.
Широке застосування на практиці знайшов спосіб покращання якості сталі – вакуумування розплавленої сталі в ковші, який розміщений у вакуумній камері. Це сприяє видаленню газів з розплавленого металу (дегазації). Для покращання дегазації застосовують індукційне перемішування розплаву або промивку його аргоном.
Дегазацію можна також здійснити в струмені металу при переливанні його з одного ковша в інший, який розміщений у вакуумній камері. Велика поверхня взаємодії металу з газом забезпечує високу ефективність.
В останні роки успішно використовується обробка металу в ковші сильними порошкоподібними розкислю-вачами та десульфураторами.
Вдування в ківш зі струменем аргону кальцію та його з’єднань дозволяє різко зменшити вміст сірки та кисню.
Дефосфорація здійснюється вдуванням у розплав сталі струменю кисню з порошкоподібною сумішшю оксидів кальцію та заліза, а також СаF2.
Обробку порошкоподібними матеріалами суміщають з промивкою металу газами у вакуумній камері – через фурму в струмені аргону в розплав подається порошок десульфуратора. Після закінчення десульфурації подача порошку припиняється і розплав промивається водою. При відновленні тиску в камері до атмосферного в метал уводяться кальцій і його сплави. Цей метод застосовують для отримання високоякісних сталей.