Производство стали в электрических печах
Доля стали, выплавляемой в электрических печах, составляет около 10% от общего производства. Высокая температура процесса, отсутствие окислительной атмосферы в рабочем пространстве печи позволяют получить чистый от вредных примесей и газов металл, используя легирующие элементы любой тугоплавкости. В основном применяются два типа электропечей — дуговые и индукционные. Дуговые печи (рис. 44) построены на использовании тепла электрической дуги, образующейся между графитовыми электродами 9 и металлической ванной 3. Печь состоит из футерованного изнутри 5 цилиндрического кожуха 4 со сферическим днищем 1. Свод печи 6 выкладывают из динасового или хромомагнезитового кирпича. Для увеличения срока службы применяют водоохлаждаемые своды. Печь имеет загрузочное окно 10 и выпускное отверстие 2. В своде печи сделаны отверстия для электродов, подъем, и опускание которых в процессе плавки осуществляется автоматически. К электродам медными шинами 7 подводится трехфазный переменный ток (постоянный ток вызовет электролиз в металлической ванне).
Рис. 44. Схема дуговой электрической плавильной печи: 1 — сферическое днище; 2 — выпускное отверстие; 3 — металлическая ванна; 4 — кожух; 5 — футеровка печи; 6 — свод печи; 7 — медные шины; 8 — электрододержатели; 9 — электроды; 10 — загрузочное окно; 11 — устройство для наклона печи; 12— под печи.
Дуговые печи для плавки стали имеют емкость 0,5...200 т. Их можно наклонять на угол 40...45 °С в сторону выпускного отверстия для слива металла и на 10... 15° в сторону рабочего окна для скачивания шлака. В металлургических цехах плавку ведут в основных, а в литейных— в кислых печах. Период нагрева и плавления шихты в тех и других печах протекает почти одинаково. После загрузки шихтовых материалов электроды опускают и подключают к источнику тока. Между шихтой и электродами образуется дуга с температурой более 6000 °С. Происходит плавление металла и окисление примесей. Во время плавки 2—3 раза сливают шлак, удаляя вредные примеси. Раскисление стали проводят комбинированно: в печь сначала загружаются ферросплавы и алюминий совместно с флюсами, затем после наведения шлака производят его раскисление. При этом восстановление FeO → Fe в шлаке и переход железа в металл вызывает обратный переход закиси железа из металла в шлак. Это дает практически полное раскисление стали, к тому же реакция на границе шлак — металл не загрязняет сталь неметаллическими включениями. Легирование неокисляющимися примесями (Ni, Mo) проводят во время плавки, вводя эти элементы с шихтой. Перед выпуском стали из печи или после ее раскисления производят легирование легкоокисляющимися (хром, титан) примесями, вводя их в виде ферросплавов. Продолжительность плавки в электродуговых печах в зависимости от их емкости составляет 4...6 ч, расход электроэнергии при работе на твердой шихте — 700...900 кВт на 1 т стали, расход электродов — 7...9 кг на 1 т стали. Применяются также индукционные печи, представляющие собой тигель из огнеупорного материала, окруженный медной трубчатой спиралью (индуктором), через которую пропускается ток высокой частоты. Тигли изготовляют как из кислых, так и из основных огнеупорных материалов. В индукционных печах под действием электромагнитных сил металл в тигле циркулирует, что ускоряет химические реакции и способствует получению однородного металла. Эти печи применяются для выплавки высоколегированных сталей и сплавов особого назначения. Электрические печи потребляют много электроэнергии, поэтому они используются, как правило, для получения только высококачественной стали. При производстве высококачественных сталей применяют также дуплекс-процессы: сначала варят сталь в основной мартеновской печи или конвертере, а затем в кислой электропечи доводят ее состав до заданного.
|
