Metalurgia wyklad 06.doc

Gotowanie stali za pomocą pęcherzyków CO pozwalające na jej wymieszanie dalekie jest od mechanizmu mieszania stali w piecach indukcyjnych gdzie wskutek linii sił pola magnetycznego mieszanie jest jak gdyby immanentną cechą topienia indukcyjnego. Nie trzeba do tego mieszania żadnych procesów metalurgicznych, lecz procesów elektrycznych.

Ponieważ w piecu elektrycznym łukowym żużel jest pośrednikiem i przekazicielem energii cieplnej do metalu, jest on gorący cieplejszy niż ciekły metal. W takim przypadku wszystkie reakcje chemiczne oddziaływania żużla na ciekły metal, a więc: odsiarczanie, odfosforowanie, usuwanie gazów itp. może być z powodzeniem realizowane. Dlatego w piecu elektrycznym łukowym możemy topić i szlachetne wsady jak gruby złom czołgowy, szyny kolejowe, gąski surówkowe, a przede wszystkim bele jaki złom stalowy nawet bardzo zanieczyszczony. W piecu indukcyjnym nie ma elektrod, ciepło jest wytwarzane na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, istnieje niewielka warstwa żużla, ale zimnego. Taki żużel nie nadaje się do redukcji składu chemicznego stali gdyż nie chcą zachodzić reakcje pomiędzy zimnym żużlem a gorącym metalem. Dlatego wsad do pieca indukcyjnego musi być gruby, czysty o bardzo niskiej zawartości fosforu i siarki a także gazów.

RYSUNEK 15.

d - jest głębokością wnikania w stały wsad metalowy prądów indukcyjnych, a jego wielkość oblicza się ze wzoru:

     gdzie: z - oporność właściwa wsadu

                                          m - przenikalność magnetyczna wsadu

                                          f – częstotliwość prądu w cewce

Jeśli w cewce płynie prąd o natężeniu I1 wówczas siła elektromotoryczna E2 w obwodzie wtórnym indukuje prąd I2  (). Z – jest oporem sumarycznym wsadu: . W obwodzie wtórnym wytwarzać się musi ciepło Dżula, które nagrzewa wsad tym bardziej intensywnie im wyższa częstotliwość prądu I1. W obwodzie wtórnym powstaje strumień magnetyczny, którego gęstość decyduje o szybkości topnienia.

gdzie: k – stała 4,44 (dla stali)

                                                              m2 – liczba zwojów w metalu (równa 1)

Po uproszczeniu siła elektromotoryczna:

Wielkość Æ jest trudna do obliczenia gdyż wsad metalowy na początku topnienia jest słabo upakowany, na końcu topnienia jest jednorodny.

Ruch metalu w piecu indukcyjnym.

Ruch metalu w piecu indukcyjnym powstaje wskutek lini sił pola magnetycznego i odpowiedniej ich gęstości Æ. Ciekły metal wykazuje menisk wypukły a także nieustanny ruch w różnych kierunkach w różnych ćwiartkach tygla.

RYSUNEK 16.

Podstawowe rozważania dotyczące najpopularniejszego pieca indukcyjnego tyglowego. Oprócz podstawowych pieców tyglowych tzw. bezrdzeniowych istnieją piece rdzeniowe.

RYSUNEK 17.

Piece indukcyjne dzielą się na:

a)      rdzeniowe (kanałowe):

-     sieciowe f=50 Hz wymagają ,,zaczynu”

b)     bezrdzeniowe (tyglowe):

-          sieciowe f=50 Hz (,,zaczyn”)

-          średnie f=103 Hz ¸ 3*103 Hz (,,bez zaczynu”)

-          wysoka f=10*103 Hz ¸ 15*103 Hz (,,bez zaczynu”)

Piece indukcyjne w Polsce:

-          ABB (Asea – Brovn – Bovcry)

-          AEG (Niemcy)

-          JUNKIER (Niemcy)

-          BYRLEC (Anglia)

-          JATŻEL (Polska – Kęty) [tyglowe f=50Hz Q=1200¸3000kg]

Stal indukcyjna a także inne stopy wytapiane w piecu indukcyjnym ma nadzwyczajną czystość przede wszystkim gazową i żużlową. Jeśli taki piec obudujemy specjalną komorą próżniową wówczas czystość stali i jej jakość będą jeszcze wyższe.

Obróbka pozapiecowa stali.

Pojęcie obróbki pozapiecowej stali łączy się z koniecznością jej uszlachetniania poza piecem metalurgicznym gdyż wszystkie możliwości oczyszczenia stali ze szkodliwych pierwiastków i gazów kończą się na poziomie ich zawartości, która współczesnej techniki niezadowala. Obróbka pozapiecowa to:

-          argonowanie stali,

-          obróbka próżnią,

-          obróbka próżnią i argonem.

Piec próżniowy i proces metalurgiczny w nim mają następujące zalety:

-          topimy bez ciekłego żużla,

-          topimy bez atmosfery,

-          topimy z dowolną atmosferą najczęściej obojętną (argon),

-          stal może posiadać dowolny skład chemiczny, a ubytek (zgar) pierwiastków stopowych jest znikomy,

-          stal ma wysoką jednorodność gdyż jest mieszana indukcyjnie,

-          temperatura ciekłej stali jest bardzo dokładnie kontrolowana.

Wady procesu próżniowego:

-          wysoki koszt pieca i stali,

-          szybko niszczy się tygiel,

-          silnie segregują niektóre pierwiastki stopowe (węgiel, siarka, fosfor, wanat).

Pierwsze piece indukcyjne próżniowe powstały w Niemczech w 1918r. – firma Rhora, a w 1923r. – firma Heraeus-Vacunmschmelze (2¸6 Tr), w 1993r. –  powstał największy piec indukcyjny próżniowy o pojemności 100 ton w USA.       [Tr – torów]

Możliwości i cel odgazowania stali w próżni.

22