Ако има едно нещо, което отличава гладкото затопляне в електродъгова фурна от лошото, това е качеството на суровината. Кофата ви за скрап е най-евтината суровина – и понякога най-проблематичната. Ако сместа е правилна, стопилката ще изхвърчи; ако я смесите правилно, ще се борите с пикове на фосфор, прекомерно време от нарязване до нарязване и загуби на сплави. Това ръководство обхваща какво всъщност се случва в електродъговата фурна, какво да се наблюдава и как опитните оператори управляват променливите.
Скрап от стомана: Сърцето на процеса
Защо бракуваме контроли за качество на всичко
В повечето цехове за електрообработка, скрапът съставлява от 60 до 100 процента от металната шихта. Това означава, че химичният състав, плътността и чистотата на вашия скрап директно определят как протича топлината. Добре сортирана кофа с познат клас скрап се топи по-бързо, нуждае се от по-малко коригиращи химикали и произвежда по-чиста стомана. Кофа с мистериозен скрап? Това е риск, за който ще платите с времето и добавките.
Въпросът не е само теоретичен. Качеството на скрапа влияе върху:
- Колко бързо се топи (плътността и размерът са от огромно значение)
- С колко фосфор и сяра се борите в окислителния период?
- Дали остатъчните елементи (Cu, Sn, Cr, Ni) ви изтласкват извън спецификацията
- Колко водород събирате (ръждясалите, маслени отпадъци са истински проблем)
- Колко безопасно можете да зареждате (запечатаните контейнери убиват хора)
Сортиране на скрап: Закупени срещу върнати стоки
На практика скрапът попада в две основни категории и те се управляват по много различен начин.
Закупеният скрап идва откъдето и да го е намерил търговецът на скрап – места за разрушаване, излезли от употреба превозни средства, машинни прекъсвачи. Съставът му е какъвто и да е и може да не знаете точно какъв е той. В рамките на закупения скрап има значение няколко подкатегории:
- Тежък скрап: Плочи, заготовки, структурни профили с дебелина над 6 мм. Плътни, бавно се топят, но с висок добив. Подходящи за дъното на кофата.
- Среден скрап: дебелина 3–6 мм. Профилна стомана, тръби, машинни части. Това е вашият работен материал.
- Лек скрап: Тънки листове, ламарина, тел. Ниска плътност, голям обем. Балирайте го, преди да го изхвърлите в кофата, иначе ще го зареждате цял ден.
- Нарязан скрап: Автомобилни каросерии и подобни, обработени чрез шредер. Постоянен размер, умерена насипна плътност, относително чист. Много цехове го ценят заради постоянното му поведение на топене.
Вътрешният скрап (наричан още вътрешен скрап) са остатъците от реколта, бракът и валцовият скрап, генерирани от вашата собствена фабрика. Химичният състав е известен, защото вие сте произвели стоманата. Това е първокласна суровина – особено за легирани видове, при които искате да извлечете скъпоценни елементи като никел, молибден или хром. Сортирайте я по вид, съхранявайте я отделно и я използвайте разумно. Кофа с неръждаема стомана 304, влизаща в процес на плавка, е по същество предварително легиран скрап. Това са истински спестени пари.
Как изглежда скрапът
Опитните купувачи на скрап развиват око за това, но ето кои са неоспоримите неща:
Чиста повърхност, минимална ръжда. Ръждата означава влага, а влагата означава поемане на водород. Още по-лошо, задържаната вода, превръщаща се в пара в разтопената вана, може да причини бурни изригвания - реална опасност за безопасността. Масленият скрап не е по-добър; той изгаря като дим и запълва торбения ви контейнер. Най-добрите магазини имат защитен от атмосферни влияния склад за скрап. Ако купувате скрап, който е стоял на дъжда, си търсите проблеми.
Без цветни метали. Медта и калайът са големите врагове. Те не излизат от пещта - това, което влезе, си остава вътре. Мед над около 0,3% започва да причинява проблеми с горещо късо съединение при валцоване. Калайът влошава нещата. Алуминий, олово, цинк - нищо от тези неща не е за ваше удобство. Добрите депа за скрап използват системи за разделяне, но като завод за скрап се нуждаете от собствен входящ контрол. Искровият тест и спектрометрията не са по избор; те са основен контрол на качеството.
Абсолютно никакви запечатани контейнери. Това е правило за безопасност, а не за качество, но е тук, защото последствията са тежки. Запечатана тръба или газова бутилка се нагрява, налягането се повишава и може да експлодира вътре в пещта. Хора са загивали по този начин. Всеки пункт за скрап, който снабдява цех за електрообработка, се нуждае от строг протокол за проверка и сортиране. Без изключения.
Известна химия. За закупен скрап това е трудната част. Можете да проверите с искрово-механичен анализ за приблизително съдържание на въглерод и сплави. Можете да пуснете спектрометър върху проба. Но за смесени товари често работите с непълни данни. Сортирайте по клас, когато е възможно. За всичко останало го дръжте отделно, докато не разберете какво имате.
Разумен размер и обемна плътност. Твърде дългият скрап няма да премине през вратата на пещта и може да се образува мост в кофата или пещта, създавайки арка от скрап, която отказва да се топи. Като правило, нищо не трябва да надвишава около една трета до половината от диаметъра на отвора на пещта. Обемната плътност също е от значение: твърде лек е и зареждате три кофи за едно загряване; твърде плътен е и дъгата не може да проникне, оставяйки неразтопен материал на дъното. Оптималната стойност е приблизително 0,6 до 1,5 т/м³.
Контрол на сярата и фосфора. Обикновеният скрап в идеалния случай трябва да е под 0,05% S и 0,05% P. Скрапът с високо съдържание на фосфор не е пречка, но удължава периода на окисление и изгаря повече шлаков материал. Знайте какво купувате.
Легиращи материали: Правилно определяне на химията
Какво всъщност правят те
Легиращите материали регулират химичния състав на разтопената стомана, така че крайният продукт да отговаря на спецификациите. Някои от тях са предимно дезоксидатори, които добавят и легиращи вещества (силиций, манган). Други са чисти легиращи добавки (никел, молибден, хром). Изкуството е да ги добавите в точното време, в точното съотношение, за да постигнете целта си, без да хабите скъпи елементи.
Общите феросплави
Ако сте прекарали време в склад за феросплави, знаете, че списъкът с инвентара е дълъг. Ето тези, които всъщност ще използвате при всяко затопляне:
Феросилиций (FeSi). 75% Si е работният кон. Той дезоксидира и добавя силиций. Размерът е от значение – твърде голям и няма да се разтвори преди изстискване; твърде фин и ще го загубите в прахоуловителя. Типичният размер е 10–50 мм.
Фероманган (FeMn). Предлага се във високовъглеродни (2–8% C), средновъглеродни (0,7–2% C) и нисковъглеродни (≤0,7% C) марки. Вашият избор зависи от това какво ниво на въглерод можете да понесете, когато го добавяте. Ако завършвате нисковъглеродна термична обработка, високовъглеродният FeMn е лош избор.
Ферохром (FeCr). Необходим за всяка нагряваща обработка на неръждаема или легирана стомана. Предлагат се високовъглеродни, средновъглеродни, нисковъглеродни и екстра нисковъглеродни марки. В цеховете за неръждаема стомана се изразходват изключителни количества нисковъглероден ферохром. Скъп е - боравете с него внимателно.
Феромолибден (FeMo). Приблизително 55–65% Mo. Използва се в легирани конструкционни стомани и инструментални стомани. Молибденът е скъп; възстановяването е важно. Добавете го, след като дезоксидацията е в ход, или ще загубите твърде много от него поради окисляване.
Други специални феросплави. Фероволфрам за бързорежещи стомани. Ферованадий за микролегиране (якост и жилавост). Феротитан за дезоксидация и рафиниране на зърната. Фероборон за добавяне на следи от бор. Всеки има своята ниша.
Чисти метали
Понякога феросплав не е подходящ. Нуждаете се от чист елемент:
- Никел: Електролитни никелови плочи или пелети. Необходим за никел-съдържащи видове. Не се окислява, така че можете да го добавите по-рано.
- Алуминий: Мощен дезоксидатор. Добавя се като тел, сачми или блокове. Добавя се късно – алуминият се окислява лесно и ще загубите това, което добавяте твърде рано.
- Метален манган: Използва се, когато имате нужда от манган без въглерода, който се съдържа във високовъглеродния феромарган.
Как да избираме и боравим с легиращи материали
Няколко принципа, по които живеят опитни топители:
- Запознайте се с анализа си. Всяка партида сплав се нуждае от сертификат от мелницата. Ако доставчикът не може да предостави такъв, намерете друг доставчик.
- Оразмерете подходящо. Нищо не трябва да надвишава около 100 мм. Искате да се разтвори бързо и напълно във ваната.
- Дръжте го сухо. Влагата означава водород. Изпечете сплавите, преди да ги вкарате в пещта или кофата. Това е особено важно за фини сплави като ферованадий или алуминий.
- Помислете за цената. Ако можете да постигнете същото разкисляване със силициево-манганова сплав, вместо с отделни добавки от феросилиций и феромарган, направете го. Обикновено е по-евтино и винаги по-лесно.
Шлакообразуващи материали: Как да накараме шлаката да работи за вас
Защо шлаката е по-важна, отколкото си мислите
Начинаещите се фокусират върху разтопената стомана. Опитните топилни майстори се фокусират върху шлаката. Шлаката е мястото, където се случва истинската металургия – фосфорът и сярата излизат през шлаката, включванията се абсорбират, дъгата се екранира и футеровката се защитава. Ако сгрешите в практиката си със шлаката, нищо друго не ще се получи както трябва.
Лайм (CaO): Основата
Варта е най-важният шлакообразуващ материал в електродъговата печка. Искате меко изпечена (активна) вар - калцинирана при 900–1100°C, пореста, с голяма повърхност, бързо разтваряща се. Твърдо изпечената вар (1200–1400°C) е по-плътна и реагира по-бавно. Работи, но ви прави живота по-труден.
Какво да търсите във вашия лайм:
Параметър Цел
Съдържание на CaO ≥85% (≥90% за активна вар)
SiO₂ ≤3%
Сяра ≤0,05%
Размер на частиците 10–50 mm
Недоизгаряне / преизгаряне Минимално
Ако вашият доставчик на вар ви доставя прегорял материал, говорете за това. Това влияе върху времето за образуване на шлака и ефективността на десулфуризацията.
Флуоршпат (CaF₂): Флюсът
Флуоровият шпат понижава точката на топене и вискозитета на шлаката. Необходим е, за да се задейства ранното образуване на шлака по време на периода на топене и да се поддържа течната редукционна шлака. Но го използвайте разумно – над 15 до 20 процента от теглото на варта започва да разяжда облицовката на пещта и вкарва флуор в системата за прахоулавяне. Екологичните разпоредби в много региони вече ограничават емисиите на флуор, така че това все повече е проблем, свързан със спазването на изискванията, както и с огнеупорните материали.
Доломит (CaCO₃·MgCO₃): Защита на облицовката на пещта
Калцинираният доломит добавя MgO към вашата шлака. Защо това има значение? Защото облицовката на пещта е на магнезиева основа. Шлака с ниско съдържание на MgO ще разтвори облицовката ви, за да задоволи собственото си равновесие. Шлака с достатъчно MgO оставя облицовката ви на мира. Това е проста концепция, която се отплаща за дълготрайността на огнеупорните материали.
Други шлакови материали
Варовикът (CaCO₃) може да замести варовика в краен случай, но той се разлага ендотермично в пещта, абсорбирайки топлина. Използвайте го пестеливо.
Глинените тухлени парчета намират приложение от време на време при регулиране на шлаката по време на редукционен период, когато е необходимо да се намали основността.
Бокситът (Al₂O₃) може да стабилизира шлаката и да подобри нейните характеристики при определени плавки на високолегирани сплави.
Окислители: Ускоряване на реакциите на почистване
Кислород: Основният инструмент
Кислородът се вкарва през тръба във ваната. Той едновременно прави три неща: декарбонизира (генерирайки CO2, който кипи ваната), окислява фосфора за отстраняване и отделя топлина, която помага за разтопяването на скрапа. Съвременните електродъгови печки използват множество точки за впръскване на кислород – тръба, стенни инжектори, дори долно разбъркване – за да се постигне пълен контакт с ваната.
Налягането и дебитът на кислорода са настроени спрямо степента на нагряване. Ако е твърде агресивен твърде рано, разтопената стомана ще изпръска от пещта. Ако е твърде нисък, периодът на окисление ще се проточи.
Желязна руда и окалина
Желязната руда (Fe₂O₃) добавя кислород по старомодния начин – разлага се в горещата баня и освобождава кислород. Разграждането му е по-бавно от горещия кислород, но е полезно като допълнителен окислител, особено в ранната стопилка, когато се образува окисляваща шлака.
Окисна окалина (Fe₃O₄) е оксидна окалина, която се отделя по време на валцоване. Тя е евтина, окислител е и образува шлака. Много цехове я третират като безплатен страничен продукт. Използвайте я.
Безопасно и ефективно използване на окислители
Няколко правила за предотвратяване на главоболие:
- Не изливайте окислители, преди да имате разтопена вана. Студеният окислител върху твърд скрап просто се абсорбира и не прави нищо полезно.
- Добавяйте желязна руда на малки порции. Изсипването на голямо количество студен материал в гореща вана може да понижи температурата ви.
- Контролирайте подаването на кислород. Енергичното кипене е добре; изригването на разтопена стомана от пещта не е.
Деоксиданти: Почистване на ваната
Спектърът на силата
Деоксидантите варират от мощни до леки. Използвате ги в целенасочена последователност:
Силни дезоксидатори — Алуминият е най-важният. Има огромен афинитет към кислорода. Обикновено се добавя като крайна дезоксидация, от 0,1 до 0,3% от топлинното тегло. Алуминиево-манганово-желязните композити съчетават здравината на алуминия с легиращите свойства на мангана.
Дезоксидатори със средна сила — Феросилицийът (75% Si) е стандартният утаяващ дезоксидатор. Феромарганът изпълнява двойна функция като дезоксидатор и добавка на сплав. Силициево-мангановата сплав (SiMn) е композит, който работи по-добре от двете отделни добавки — по-добро възстановяване, по-малко образуване на включвания.
Слаби дезоксидатори — Въглеродът, чрез C–O реакцията, е класическият инструмент за дифузионно дезоксидиране по време на редукционния период. Манганът е слаб, но помага за оформянето на продуктите от дезоксидацията, така че те да са по-лесни за отстраняване.
Как всъщност работи деоксидацията на практика
Имате два основни механизма и обикновено ще използвате и двата:
Дезоксидирането чрез утаяване означава добавяне на дезоксидатора директно в разтопената стомана. Продуктите от дезоксидацията се образуват и изплуват. Това е бързо и лесно, но някои продукти неизбежно се улавят, преди да могат да изплуват.
Дифузионното дезоксидиране означава добавяне на дезоксидатора към шлаката, а не към стоманата. Чрез намаляване на кислородната активност в шлаката се създава движеща сила за дифундиране на кислорода от стоманата в шлаката. По-бавно е, но произвежда по-чиста стомана.
Съвременната практика почти винаги ги комбинира: първо се извършва утаяване-дезоксидация, за да се получи бързо редуциране на кислорода, след това дифузионно-дезоксидация под добре поддържана редуцираща шлака, за да се получи възможно най-чиста ваната.
Рекарбонизатори: Когато имате нужда от повече въглерод
Общите опции
Понякога ваната ви е с недостатъчно съдържание на въглерод. Трябва да добавите въглерод и искате добро възстановяване. Вашите възможности:
- Електроден скрап: Графит, високо съдържание на въглерод (≥95%), ниско съдържание на сяра, отлично възстановяване. Това е първокласният избор.
- Нефтен кокс: Високо съдържание на въглерод, ниско съдържание на пепел, добър добив. Следете съдържанието на сяра.
- Пеков кокс: Добро съдържание на въглерод, ниско съдържание на пепел, висока производителност при извличане на твърди частици.
- Чугун: Добавя въглерод (3,5–4,5%), а също така внася силиций и други елементи. Непряк, но понякога полезен път за рекарбонизация.
Осъществяване на рекарбонизацията
Възстановяването е от 80 до 95 процента, но зависи от това как го правите. Добавете рекарбюратора, когато разбърквате добре - искате да се разтвори бързо и да се разпредели равномерно. Първо го изсушете. Добавяйте големи количества на партиди; изсипването на цялото количество наведнъж може да надхвърли целта ви и да ви доведе до прекомерно нагряване с въглерод, което е много скъпа грешка.
Останалата част от инвентара
Материали за ремонт на пещи
След всяко загряване (или на всеки няколко загрявания, в зависимост от износването), се закърпват дъното и стените. Магнезит (MgO) и доломит са стандартните материали за ремонт. Катран или натриев силикат служат като свързващо вещество. Горещото напръскване - пръскане на огнеупорен материал върху горещите стени на пещта - е съвременният стандарт за ремонти на големи площи. То е бързо и работи с остатъчната топлина, за да синтерова ремонтния материал на място.
Горещ метал като компонент на шихтата
Това заслужава повече внимание, отколкото е посочено в много учебници. Добавянето на 20 до 40 процента горещ метал към заряда на вашата електродъгово-обогатена фурна е истинска промяна в правилата на играта:
- Осезаемата топлина плюс химическата топлина от окислението на въглерод и силиций могат да намалят консумацията на енергия със 100–200 kWh на тон.
- Времето за докосване между докосванията намалява с 10–20 минути.
- Горещият метал разрежда остатъчните елементи от скрапа, което ви осигурява по-чиста химия в началото.
Компромисът е, че ви е необходим източник на горещ метал – или от вашата собствена доменна пещ, или от близка интегрирана мелница. Но където е налично, зареждането на горещ метал се е превърнало в стандартна практика за съвременните високопроизводителни цехове за електродъгово печене.
Управлението на суровините никога няма да бъде бляскавата част от производството на стомана. Но ако го направите както трябва, всичко останало ще стане по-лесно. Заводите, които третират сортирането на скрап, инвентаризацията на сплави и шлаката като основни технически дисциплини – не само като решения за покупка – са тези, които постоянно постигат своите цели за качество, разходи и производителност.
