PROCESY WYTOPU STALI

PROCES W PIECACH ELEKTRYCZNYCH

• Najnowszym sposobem otrzymywania stali jest stosowanie do tych procesów pieców elektrycznych. Proces ten przebiega zasadniczo inaczej niż przedstawione poprzednio. Stosuje się tutaj całkiem inny sposób świeżenia i nagrzewania wsadu.

• Do nagrzewania używa się prądu elektrycznego działającego pośrednio lub bezpośrednio na topiony metal, który podczas tego procesu nie ma żadnego kontaktu ani ze spalinami, ani z powietrzem.

• Świeżenie odbywa się za pomocą żużla, przy czym intensywność procesu nie zmienia się w czasie całego wytopu.

Ze względu na sposób grzania metalu, piece elektryczne można podzielić na:

-piece łukowe, przy czym łuk elektryczny może byd albo między elektrodami, albo elektrodami a metalem,

-piece oporowe, w których prąd przepływa przez odpowiedni materiał oporowy i wytwarza duże ilości ciepła,

-piece indukcyjne.

• Ze względu na swoją budowę, piece elektryczne zalicza się do tzw. Pieców trzonowych. Wyprawa może byd kwaśna lub zasadowa. Wsad jest prawie zawsze w postaci stałej (wlewki, złom itd.)

• Piece o wykładzinie kwaśnej powinny posiadać wsad o ograniczonej zawartości fosforu, ale też i czas trwania procesu jest znacznie krótszy.

• Zasadniczą zaletą pieców elektrycznych jest łatwość prowadzenia procesu i taniość, wadą natomiast, że nie wszystkie surówki nadają się do przeróbki.

Zastosowanie:

• Produkcja różnych gatunków stali w krajach ubogich w węgiel a dysponujących tanią energią elektryczną.

• Możność dokonywania odlewów stalowych z dala od hut wytwórczych.

• Rafinacja - oczyszczanie stali martenowskiej (ciekłej).

• Produkcja stali stopowych.

• PIECE ELEKTRYCZNE ŁUKOWE

• Piece łukowe są obecnie najczęściej stosowanymi piecami w odlewnictwie staliwa, spotyka się je również w odlewniach żeliwa. Prąd elektryczny jest przetwarzany w energię cieplną w łuku elektrycznym powstającym albo między elektrodami wprowadzonymi do pieca pionowo od góry przez sklepienie pieca a metalem i żużlem albo między elektrodami.

• Pionowe przemieszczanie się elektrod jest regulowane automatycznie, piec ma kształt cylindryczny, od góry jest ograniczony sklepieniem, a z dołu trzonem, ma otwory wsadowe i spustowe, całość jest wyłożona prostkami ogniotrwałymi, natomiast trzon jest ubity z masy ogniotrwałej.

• Ładowanie podstawowe pieca odbywa się od góry - po zdjęciu sklepienia pieca.

• Piec jest przechylny, jego pojemność wsadowa wynosi od 3 do 100 ton. Wsad składa się przeważnie ze złomu stalowego (stal węglowa lub stopowa) .

• W celu nawęglenia wprowadza się do pieca surówkę, koks i złom elektrod. Podstawowym topnikiem w procesie zasadowym jest wapno palone, a w procesie kwaśnym krzemionka.

• Po załadowaniu pieca elektrody zbliża się do wsadu, włącza prąd i zajarzają się łuki elektryczne, rozpoczyna się proces topienia metalu wokół łuków.

• Stopniowo we wsadzie wypalają się kratery i metal rozpływa się. Ponieważ powinien on być pokryty żużlem, więc w miarę topienia dodaje się topników. Po roztopieniu całego wsadu pobiera się próbkę do wykonania analizy składu.

• Zalety pieca z łukiem pośrednim – stała temperatura, gorący i bardzo reaktywny żużel, niewielkie koszty procesu, wykładzina może być kwaśna lub zasadowa.

• Wady - mała wytrzymałość pokrywy i sklepienia, wysokie zużycie elektrod, mała pojemność.

Do zalet pieca z łukiem bezpośrednim zaliczamy –

– nieograniczoną ilość wsadu,

– gorący i bardzo reaktywny żużel.

Wykładzina pieca jest kwaśna lub zasadowa.

• Wady - wahania natężenia prądu podczas roztapiania wsadu, duże zużycie elektrod. Ogólnie o piecach łukowych elektrycznych można powiedzieć, że mają dużą łatwość regulacji temperatury, łatwo uzyskuje się w nich wysoką temperaturę, można stosować dowolne atmosfery pieca, wsad można odsiarczać i odtleniać.

• W piecu elektrycznym łukowym można osiągnąć wysoką temperaturę, co pozwala na prowadzenie

rafinacji pod warstwą żużla o dużej zawartości wapna. Ze względu na silnie redukującą atmosferę, istnieją tam odpowiednie warunki do dyfuzyjnego odtleniania stali.

• W zależności od jakości (gatunku) wytapianej stali prowadzi się rafinację pod żużlem białym lub karbidowym.

• Pod żużlem białym wytapia się wiele gatunków stali konstrukcyjnej, żużle karbidowe stosuje się

do wytapiania stali ze średnią i dużą zawartością węgla.

• Rafinacja pod białym żużlem zaczyna się od załadowania mieszaniny wapna i fluorytu wytwarzających żużel, następnie na żużel wrzuca się mieszaninę redukującą, która składa się ze zmielonego koksu, fluorytu i wapna. Podczas przetrzymywania stali pod żużlem zachodzi dyfuzyjne odtlenianie stali węglem z koksu. Kolor żużla stopniowo z białego przechodzi w kolor szary.

Następnie na powierzchnię wprowadza się mieszaninę redukującą złożoną z żelazokrzemu, koksu, fluorytu i

wapna. Pod tym żużlem zachodzi ostateczne odtlenienie metalu, ostudzona próbka żużla powinna

rozsypać się na biały proszek.

PIECE OPOROWE

• W piecach oporowych wysoką temperaturę uzyskuje się dzięki przepływowi prądu elektrycznego przez odpowiednio ukształtowane elementy grzejne, ciepło przekazywane jest natomiast przez promieniowanie.

• Zalety pieców oporowych:

mniejsze zużycie elektrod, ciepło promieniuje od nagrzanych elektrod, wykładzina jest kwaśna lub zasadowa.

• Wady jak: nierównomierne i niejednolite nagrzewanie, żużel z powodu jego niskiego przewodnictwa cieplnego pozostaje zimny natomiast metal jest gorący, mała pojemność kotliny.

PIECE ELEKTRYCZNE INDUKCYJNE

• Topienie indukcyjne w piecu elektrycznym indukcyjnym polega na tym, że metal znajduje się w zmiennym polu magnetycznym i tym samym indukują się w nim prądy wirowe powodujące wydzielanie się ciepła.

Piec taki działa na zasadzie transformatora krótko-zwartego, którego uzwojeniem wtórnym jest wsad metaliczny.

Stosuje się piece o częstotliwości od 50 do 10000 kHz. W zależności od konstrukcji można je podzielić na:

• piece indukcyjne bezrdzeniowe zwane również piecami indukcyjnymi tyglowymi,

• piece indukcyjne rdzeniowe zwane też piecami kanałowymi.

• Zalety bezrdzeniowych pieców indukcyjnych:

– mieszanie kąpieli zachodzące na skutek ruchu metalu, którego intensywność zależy między innymi od częstotliwości prądu zasilającego.

• Piece takie buduje się przeważnie jako przechylne.

• Temperatura żużla jest w nich przeważnie niższa od temperatury metalu z powodu małego przewodnictwa

cieplnego żużla oraz słabiej indukującego się w nim prądu.

• Jest to istotną wadą pieców indukcyjnych, ograniczającą prowadzenie intensywnych procesów metalurgicznych, więc stosuje się je do topienia żeliwa i stali,które nie wymagają odsiarczania i odfosforowania.

Piece indukcyjne rdzeniowe są zawsze zasilane prądem sieciowym o częstotliwości 50 Hz.

Prąd elektryczny dopływa do cewki pierwotnej nawiniętej na rdzeniu wykonanym z blachy transformatorowej.

Wzbudnik jest opasany kanałem wypełnionym ciekłym metalem. Kanał ten spełnia rolę jednozwojowego zamkniętego wtórnego obwodu prądowego i jest połączony z topniskiem pieca.

Pod wpływem prądu przemiennego wzbudnik wytwarza zmienne pole magnetyczne, które indukuje we wsadzie siłę elektromotoryczną powodującą przepływ indukowanego prądu zmiennego nagrzewającego wsad.

• Zasadniczą wadą procesu prowadzonego w piecach kanałowych jest konieczność zalewania ich kanałów ciekłym metalem przed pierwszym wytopem.

• Podobnie postępuje się w wypadku pieców tyglowych sieciowej częstotliwości, w których do następnych wytopów pozostawia się w tyglu "zalew".

• W piecach kanałowych zalew wynosi przeciętnie 20-25% całkowitej objętości metalu w piecu, co sprawia pewne trudności przy zmianie rodzaju wytapianego tworzywa.

• Piece kanałowe charakteryzują się najmniejszym zużyciem jednostkowym energii elektrycznej spośród wszystkich pieców elektrycznych.

• Piece kanałowe służą głównie jako mieszalniki żeliwa wytapianego w innych piecach. Dzięki bardzo dobrej

szczelności tych pieców skład chemiczny metalu nie ulega zmianie w ciągu długiego czasu, przy czym istnieje pełna możliwość regulacji temperatury metalu.