Производство стали в электропечахЭлектросталеплавильный процесс более совершенный, чем кислородно-конвертерный и мартеновский, поэтому он находит все большее применение. Это определяется возможностью получения качественной и высоколегированной стали; практически неограниченным сортаментом выплавляемой стали; использованием для нагрева металла электрической энергии. Корпус дуговой электрической печи (рис. 2.5, а) состоит из кожуха 5 (части корпуса выше порога рабочего окна 3), днища 2 и сливного носка 10. Корпус состоит из наружной стальной обечайки с внутренней футеровкой (основной или кислой). В корпусе печи имеются два отверстия: рабочее окно 3 — для управления ходом плавки, загрузки ферросплавов, взятия проб и скачивания шлака, а также летка для слива готовой стали и шлака. Рабочее окно закрывается заслонкой 4. Наклоны печи в сторону рабочего окна (10...15°) или сливного желоба (40...45°) осуществляются с помощью специального механизма 11 с гидравлическим приводом 1.
Съемный свод 6 характеризуется наименьшей долговечностью футеровки. В последние годы создаются дуговые электропечи с поворотным сводом (серии ДСП). В своде имеются отверстия, через которые пропускаются три графитизированных электрода 7 диаметрами 300......610мм. В электропечах ДСП электрический ток (напряжением 115...600 В и силой 10...50 кА) подводится к электродам электрододержателями 8 и гибкими кабелями 9. Емкость печей составляет 0,5.„200 т. В дуговых электропечах (рис. 2.5,а) прямого нагрева дуга горит между электродами и расплавляемым металлом. Часть энергии дуги выделяется непосредственно на металле. Большая часть лучистой энергии дуги также попадает на поверхность металла. Таким образом, в малых объемах концентрируются большие мощности, что приводит к нагреву металла до высоких температур. При этом легко контролируются и регулируются расход теплоты и изменения температуры. Электродуговые печи прямого нагрева характеризуются значительным испарением легкоплавкого металла в зоне дуги, поэтому они наиболее пригодны для плавления стали. К дуговым также относятся печи косвенного нагрева (рис. 2.5,б), где часть энергии дуги между двумя электродами передается металлу излучением. Сравнительно низкие температуры металла препятствуют применению этих печей для переплава черных металлов, они используются в основном в цветной металлургии. При производстве стали в электропечах используются следующие шихтовые материалы: металлическая часть, шлакообразующие, окислители, добавочные материалы (раскислители и легирующие) и науглероживающие компоненты. Основную часть металлошихты составляет металлический лом. В последние годы в состав металлической части шихты все шире включают металлизированные окатыши и губчатое железо, что позволяет получать более высококачественную сталь. В производстве реализуются две основные технологии плавки в электродуговых печах: на углеродистой или свежей шихте (с окислением примесей); на шихте из отходов легированных сталей (метод переплава). В состав углеродистой шихты входят стальной лом (~90%); передельный чугун в чушках (<10%); железная руда, агломерат или окалина (1,0...1,5 %); электродный бой или кокс для науглероживания металла и известь (2...3%). После загрузки шихты электроды опускают вниз, включают ток и шихта плавится. На металл уже в периоды завалки и плавления шихты воздействует окислительная печная атмосфера. Затем примеси металла окисляются оксидами шлака и железной руды по реакциям. Образовавшиеся оксиды примесей металла совместно с СаО из извести формируют высокоосновный шлак, обеспечивающий дефосфорацию стали. Уже при плавлении окисляется более 50 % фосфора. Шлак играет важную роль в окислительных процессах. Он обеспечивает передачу кислорода металлу из печной атмосферы и оксида железа FеО. Растворяющийся в металле кислород участвует в реакциях окисления. Интенсивное окисление железа, а также кремния, марганца, углерода и других примесей происходит в результате продувки ванны кислородом. При этом выделяется значительное количество теплоты, быстрее завершается процесс плавления шихты. После полного расплавления шихты и перемешивания содержимого ванны берут пробу на полный химический анализ, затем скачивают шлак с фосфором, наводят новый шлак и начинается окислительный период плавки.. Для дальнейшего окисления углерода и фосфора проводят неоднократную загрузку руды и извести. Кислород руды через шлак окисляет углерод. Окисление интенсифицируется продувкой кислородом. Выделяющиеся пузырьки оксида углерода СО заставляют кипеть металл, что ускоряет прогрев ванны и удаление из металла газов и неметаллических включений, а также фосфор. Шлак скачивают 2...3 раза и содержание фосфора доводится до 0,01 %. Когда содержание углерода в стали становится равным нижнему пределу его содержания в выплавляемой марке стали (%), кипение, а вместе с ним и окисление заканчиваются. Затем проводят раскисление стали двумя методами: глубинным раскислением без восстановительного периода; раскислением в восстановительный период. Первый метод применяют при выплавке углеродистой и низколегированной конструкционной стали, а также стали с последующим внепечным рафинированием. Сталь выплавляют под одним шлаком, без наведения последующего восстановительного шлака. В металл вводят ферросилиций, ферромарганец, феррохром. После 10...20 мин раскисления в печи сталь выпускают в ковш, где проводится окончательное раскисление ферросилицием и алюминием. Второй метод, когда раскисление проводят под восстановительным шлаком, наводимым после скачивания окислительного шлака, применяется при получении сталей с заданными свойствами, пониженным содержанием примесей или легируемых легкоокисляемыми элементами. Восстановительный период плавки направлен на раскисление металла, удаление серы, доведение стали до заданного химического состава, регулирование температуры металла. Сначала в печь подают кокс или электродный бой. В результате присадки металл науглероживается. После этого в печи наводится известковый восстановительный шлак из смеси извести, плавикового шпата и шамота в количестве 2,0...3,5 % от массы металла. Затем проводят диффузионное раскисление под белым шлаком. С этой целью на шлак подают порошок кокса и ферросилиция; шлак светлеет за счет уменьшения содержания в нем оксидов. Содержание оксида железа в шлаке снижается, и оксид из металла начинает переходить в шлак. Во время восстановительного периода сера удаляется из металла. Когда достигнуты заданные состав металла и температура, выполняют конечное раскисление стали. После этого выпускают металл из печи в ковш. Вторая разновидность плавки (метод переплава) в электропечах основывается на рациональном использовании содержащихся в шихте легирующих элементов,поэтому она проводится без окисления или с частичным окислением. Шихта для такой плавки кроме пониженного содержания фосфора должна иметь меньшее, чем в выплавляемой стали, количество марганца, кремния и углерода. Кроме того, с целью наведения шлака для защиты металла от окисления кислородом атмосферы и науглероживания электродами вместе с шихтой во время завалки вводят шлакообразующие вещества. Во время плавки удаляются фосфор и сера. И все-таки часть элементов окисляется в период плавки, поэтому необходимо проводить раскисление. Оксиды легирующих элементов восстанавливаются ферросилицием, алюминием, молотым коксом. Чтобы интенсифицировать процесс переплава, применяют частичное окисление газообразным кислородом. Общая продолжительность выплавки стали в дуговых электропечах вместимостью 5...100 т составляет 3,5...6,5 ч. Сравнение отдельных способов производства стали показывает, что выход годного металла в электропечах составляет 92...93%, в конвертерах с комбинированной продувкой — 91...92%, в обычных конвертерах с продувкой сверху и мартеновских печах — 90%, в двухванных печах и мартеновских печах с продувкой кислородом — 87...88 %.
|