Tavení oceli v indukčních kelímkových pecích

Tavení oceli v kelímkových pecích indukčního typu lze provádět pomocí zásaditého a kyselého procesu.

Kyselinové kelímky a kyselé obloukové pece nejsou zcela vhodné pro tavení oceli s inkluzemi manganu, titanu, hliníku, zirkonia a dalších aktivních částic, protože oxidy manganu v kombinaci s kyselou výstelkou mohou způsobit její předčasné opotřebení a ostatní tři prvky aktivně odstraňte silikonovou strusku a obložení.

Při kyselém indukčním tavení, stejně jako při jakýchkoli jiných kyselých procesech, nejsou podmínky pro vznik strusky z fosforu a síry. Zároveň vzhledem k tomu, že teplotní ukazatele strusky jsou nižší a hloubka lázně je velká, nejsou okolnosti pro proces oxidace uhlíku zcela pozitivní. I když se přebytečný uhlík snadno odstraní, měli byste dodržet přítomnost uhlíku v náplni, která přesahuje minimálně 0,1 % povolených hodnot v hotové oceli. V tomto případě by přísady fosforu a síry neměly překročit stanovené parametry pro ocel.

Tavení ocelí v indukčních pecích s kyselým kelímkem probíhá bez oxidačních procesů. Většina nečistot pro legování se přidává do vsázky. Díky rychlému tavení dochází ke ztrátě času pro vícenásobnou kontrolu kovové struktury. Z tohoto důvodu je tavení založeno na předběžných výpočtech, důkladném studiu nábojového složení kovu a přesném stanovení jeho hmotnosti pomocí vah.

Proces tavení oceli v indukčních pecích s hlavním kelímkem

Při tavení v takových pecích je dovoleno použít jakýkoli šrot, protože spalování manganu, křemíku a uhlíku probíhá poměrně rychlým tempem a v případě potřeby je možné v hlavní peci zbavit mj. fosfor a síra. Ale vzhledem k tomu, že takové pece, které mají nízké teplotní indikátory strusky a ne tak vysoký specifický povrch rozhraní kov-struska, nejsou tak dobře přizpůsobeny pro takové procesy, jako jsou obloukové pece, v indukčních pecích, tavení se nejlépe provádí přetavením nebo fúzí čistých složek náboje.

Následují komponenty technologie tavení oceli v indukční peci s hlavním kelímkem na „čerstvé“ vsázce.

Složky vsázky a jejich přívod do pece

Složení vsázky je určeno na základě správně zvolených velikostí kompozitních kusů s následným hustým uložením uvnitř pece. Pokud použijete vsázku skládající se z malých kousků, pak se během procesu tavení kovu generuje nízký měrný výkon, což znamená zvýšení časových nákladů a v důsledku toho se spotřebuje více elektřiny. S klesající frekvencí proudu se zvyšuje hloubka jeho průniku a klesá měrný výkon. Z tohoto důvodu je v případě poklesu frekvence proudu nutné použít odpovídající náboj s velkou aglomerací složek.

Náboj by neměl být vystaven nadměrné oxidaci, protože v tomto případě dojde ke slabému elektrickému kontaktu mezi kusy, vířivé proudy se zhorší, což bude mít za následek prodloužení doby tavení a zvýšení nákladů na elektřinu. K odstranění takových problémů by měla být směs položena co nejtěsněji. Abyste toho dosáhli, měli byste na základnu kelímku nejprve umístit malé kousky a poté velké, aby nárazy při nakládání nebyly tak silné. Aby se zabránilo oxidaci kovu, nalije se určité množství strusky, feroslitin železa a manganu a železa a křemíku. Kromě toho je žádoucí přidávat do základny feroslitiny s vysokým bodem tání, jejichž hodnota přesahuje teplotu v kelímku. Díky tomuto umístění začne jejich tavení po přijetí počátečních částí kovu.
Největší kusy musí být umístěny proti stěnám kelímku ve 2/3 výšky induktoru tak, aby siločáry magnetického pole procházely maximální možnou plochou průřezu kusu.

Zbývající objem vsázky je vyložen do 2/3 výšky podél osy kelímku s maximální hustotou stohování nad touto úrovní, stohování nelze provádět s takovou hustotou. Je nežádoucí plnit kelímek nad povolenou hladinu vzhledem k převodovce, protože kusy umístěné nad induktorem neinteragují s magnetickým polem, v důsledku čehož dochází k ohřevu pouze v důsledku tepelné vodivosti z vrstev umístěných níže. Zároveň je zabráněno sedimentaci vsázky při tavení.

V malých pecích se vsázka přidává ručně. Ve velkých pecích se nakládání provádí pomocí kbelíku a trvá pouze 1-2 minuty. Po dokončení procesu vkládání se trouba uzamkne víkem a zapne se elektřina.

V počáteční fázi tavení dochází ke zkratům mezi kusy vsázky se slabým kontaktem. To vede k proudovým skokům v indukčním obvodu. Z tohoto důvodu je začátek procesu tavení doprovázen sníženým výkonem elektrického zdroje. S klesajícím počtem otřesů se využívá plný výkon.

Nejprve se materiál vsázky začne tavit ve výšce ½ induktoru poblíž stěn kelímku, načež se pomalu přesouvá do horní a spodní vrstvy. V souladu s tím musí být náboji poskytnuty podmínky pro pohyb směrem dolů, aby se spojil s kovem. V horních vrstvách kelímku však může náplň ztuhnout a vytvořit tak „mosty“, což vede k zaseknutí. Jedná se o poměrně škodlivý jev, který může vyvolat velké přehřátí roztaveného kovu bez možnosti řízení procesu, což může vést k rozpadu vyzdívky. Vznik takové situace, byť na krátkou dobu, prodlužuje tavení a zvyšuje množství spotřebovaného elektrického proudu. Aby se tomu zabránilo, je třeba během tavení náplň čas od času rozrušit pomocí páčidla vybaveného izolační rukojetí.

Jak se vsázkový materiál usazuje, jeho zbytky se postupně přidávají, čímž je zajištěno, že nezahřáté kusy nespadnou do roztaveného kovu. To může způsobit var kovu a ztuhnutí ochlazené vsázky v horní vrstvě taveniny. Kromě toho by se neměl používat holý kov, protože to způsobí oxidační proces. Aby se tomu zabránilo, v případě potřeby se do kelímku během procesu tavení zavádí směs strusky, která obsahuje vápno, fluorit a šamot.

Při tavení je nutné sledovat údaje na přístrojích a nejvyšší výkon napájecího zdroje. Postupným zahříváním a tavením vsázky se upravuje jalový výkon instalace, na který se čas od času obvod dodatečně dolaďuje do rezonance periodickým zapínáním kondenzátorů.

Oxidace přísad obsažených v kompozici

Při tavení oceli v indukční peci dochází k oxidačním procesům manganu, křemíku a fosforu. Pokud je podíl fosforu ve vsázce významný, pak je lepší strusku odstranit v době tavení, aby se zabránilo extrakci fosforu. Další struska se odebírá z vápna, fluoritu a šamotu.

Pro zvýšení aktivity relativně ochlazených strusek při tavení se provádí dodatečné zavádění fluoritu a složení strusky až do 20 %. Tyto strusky mohou rychle učinit vyzdívku pece nepoužitelnou. Z tohoto důvodu mají tendenci nepoužívat procesy, které zahrnují aktivní využití strusky. Pro zlepšení spojovacích procesů mezi kovem a struskou se struska uzavírá pro udržení tepla a někdy se zahřívá obloukem a jinými metodami.

Pokud je nutné provést dodatečnou oxidaci přísad, fosfor a uhlík, železná ruda a strusková kompozice se do kelímku zavádějí po malých částech. Aktivní kypření kovu může být doprovázeno rozstřikováním kovové hmoty, takže další část rudy se přidává až po zklidnění obsahu lázně. V tomto případě se používá 3–5 % železné rudy z objemu oceli.

Oxidaci přísad lze provádět i jiným způsobem, například foukáním kyslíkem, přičemž je třeba vzít v úvahu sílu foukání, a to na základě skutečnosti, že kapalná hmota může rozstřikovat. Proces oxidace trvá přibližně něco málo přes čtvrt hodiny.

Metody dezoxidace a rafinace

Indukční pece jsou schopny provádět difúzi a hloubkovou dezoxidaci. Tato metoda se příliš neliší od technologie dezoxidace prováděné v obloukových pecích. Aktivní elektrodynamický pohyb kovu však docela dobře urychluje deoxidační procesy, což znamená, že rafinace bude vyžadovat méně času. Přitom přednost difúzního způsobu dezoxidace v důsledku nízké teploty strusky v indukčních pecích je ještě méně patrná než u pecí obloukového typu.

V případě potřeby mají indukční pece schopnost provádět mimo jiné i odsíření kovů. K tomu je potřeba stáhnout a uložit vysoce bazickou redukční strusku několika přístupy, použít přídavný ohřev strusky a zvýšit podíl fluoritu. Tím se prodlouží doba tavení, sníží se stabilita vyzdívky pece a ztíží se i pracovní proces. V tomto ohledu se často snaží vypočítat vsázku a pracovní proces tak, aby nebylo nutné odsíření.