Производство стали в электродуговых печах
Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами:
• легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;
• можно получать высокую температуру металла;
• можно создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений.
Электропечи используют для выплавки конструкционных низко- и высоколегированных сталей, инструментальных и специальных сталей и сплавов. Различают дуговые и индукционные электропечи.
Дуговая печь, схема которой приведена на рис. 3.3, питается трехфазным переменным током, имеет три цилиндрических электрода 4 из графитированной массы, закрепленных в электрододержателях, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра.
Снаружи он заключен в прочный стальной кожух, внутри футерован основным или кислым кирпичом. Съемный свод 3 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса находится рабочее окно 2 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой.
Готовую сталь 6 выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 1. Печь опирается на секторы и имеет опорные ролики 5 для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Печь загружают при снятом своде.
Вместимость печей составляет от 0,5 до 400 т. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, в литейных – с кислой.
В основной дуговой печи осуществляется плавка двух видов: на шихте из легированных отходов (методом переплава) и на углеродистой шихте (с окислением примесей).
Плавку на шихте из легированных отходов ведут без окисления примесей. После расплавления шихты из металла удаляют серу, наводя основной шлак, при необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического состава. Проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак измельченные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Так выплавляют легированные стали из отходов машиностроительных заводов.
Плавку на углеродистой шихте применяют для производства конструкционных сталей. В печь загружают шихту: стальной лом, металлизированные окатыши, чушковый передельный чугун, железную руду для окисления примесей, электродный бой или кокс для науглероживания металла, известь.
Опускают электроды, включают ток. Шихта под действием электродов плавится, металл накапливается в подине печи. Во время плавления шихты кислородом воздуха, оксидами шихты и окалины окисляются железо, кремний, фосфор, марганец и частично углерод. К концу «окислительного» периода заканчивается удаление фосфора в основной железистый шлак.
Рис. 3.3. Схема дуговой плавильной печи
После нагрева до 1500–1540 °C начинается период «кипения» металла, для дальнейшего окисления углерода.
При достижении нужного количества углерода прекращают кипение и приступают к удалению серы, раскислению для получения металла заданного химического состава. Раскисление производят осаждающим и диффузионным методами. Для диффузионного раскисления наводят шлак, содержащий известняк и молотый кокс. Благодаря повышенному содержанию в шлаке оксида кальция и пониженному содержанию оксида железа в него из металла переходит сера. Для определения химического состава металла берут пробы и при необходимости вводят в печь ферросплавы для получения заданного химического состава. Затем выполняют конечное раскисление алюминием и силикокальцием, выпускают сталь в ковш.
При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов.
В дуговых печах выплавляют качественные и высококачественные углеродистые и легированные стали – конструкционные и инструментальные.
Индукционные тигельные плавильные печиприменяют для выплавки качественных коррозионно-стойких, жаропрочных и других сталей и сплавов. Вместимость таких печей – от десятков килограммов до 30 т. Схема индукционной тигельной печи представлена на рис. 3.4.
Печь состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4, выполненный из основного или кислого огнеупорного материала. Через индуктор от генератора высокой частоты проходит однофазный переменный ток частотой 500–2000 Гц.
При пропускании тока через индуктор в металлической шихте 1, находящейся в тигле, индуцируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Для уменьшения потерь тепла печь имеет съемный свод 2.
Рис. 3.4. Схема индукционной тигельной печи
Под действием электромагнитного поля индуктора при плавке происходит интенсивная циркуляция жидкого металла, что способствует ускорению химических реакций, получению однородного по химическому составу металла, быстрому всплыванию неметаллических включений, выравниванию температуры.
В индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом переплава или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления.
После расплавления шихты на поверхность металла загружают шлаковую смесь для снижения тепловых потерь металла, уменьшения угара легирующих элементов и защиты его от насыщения газами.
При плавке в кислых печах, после расплавления и удаления плавильного шлака, наводят шлак из SiO2. Для окончательного раскисления перед выпуском металла в ковш вводят ферросилиций, ферромарганец и алюминий.
В основных печах раскисление проводят смесью из порошкообразной извести, кокса, ферросилиция, ферромарганца и алюминия.
В основных печах выплавляют высококачественные, легированные стали с высоким содержанием марганца, титана, никеля, алюминия, а в печах с кислой футеровкой – конструкционные, легированные другими элементами стали.
В индукционных печах можно получать стали с незначительным содержанием углерода и безуглеродистые сплавы, так как нет науглероживающей среды.
При вакуумной индукционной плавке индуктор, тигель, дозатор шихты и изложницы помещают в вакуумные камеры. Получают сплавы высокого качества с малым содержанием газов, неметаллических включений и сплавы, легированные любыми элементами.
Производство стали в электропечах
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. 3.3) состоит из кожуха 5(части корпуса выше порога рабочего окна 3), днища 2и 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 77 с гидравлическим приводом 7.
Рис. 3.3. Схемы дуговых электропечей: а — прямого нагрева; б — косвенного действия Съемный свод Охарактеризуется наименьшей долговечностью футеровки. В своде имеются отверстия, через которые пропускаются три графитизированных электрода 7диаметром 300—610 мм. В электропечах электрический ток (напряжением 115—600 В и силой 10—50 кА) подводится к электродам электрододержателями 8и гибкими кабелями 9. Емкость печей составляет 0,5—200 т.
В дуговых электропечах прямого нагрева (рис. 3.3, а) 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 лег-
ко контролируются и регулируются расход теплоты и изменения температуры.
Электродуговые печи прямого нагрева характеризуются значительным испарением легкоплавкого металла в зоне дуги, поэтому наиболее пригодны для плавления стали.
К дуговым также относятся печи косвенного нагрева (рис. 3.3, 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 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).
§ 11. Производство стали в электропечах
Электропечи для плавления металла наиболее совершенны и дают большие возможности для выплавки стали. В электропечи можно вести плавку стали при более высокой температуре, чем при мартеновской, и получать стали наиболее высокого качества, в том числе и легированные.
Используют печи двух типов:
Наиболее широкое применение нашли дуговые электропечи. Емкость их от 5 до 180 т.
§ 12. Устройство и работа дуговых электропечей
В дуговой сталеплавильной печи для расплавления и нагревания металла используется электрическая дуга, образующаяся между 3 вертикально расположенными электродами (графитизированными или угольными). Электрический ток (переменный трехфазный) от трансформатора посредством гибких кабелей и медных шин подводится к электрододержателям и течет от электрода через дугу и металл к другому электроду и далее возвращается в сеть.
Дуговая печь имеет следующие части: сварной или клепанный кожух цилиндрической формы со сфероидальным днищем; подины и стенок; съемный арочный свод с отверстием для электродов; механизм для закрепления и вертикального перемещения электродов; две опорные станины ; механизм наклона печи, позволяющий поворачивать печь при выпуске стали по желобу и в сторону загрузочного окна для скачивания шлака.
съемный арочный свод с отверстиями для электродов;
желоб для выпуска стали;
механизм наклона печи;
Свод печи выкладывают из динасовых кирпичей, подину чаще делают основной.
Шихта для плавки состоит из скрапа углеродистой или легированной стали.
Диаметр электродов определяется мощностью потребляемого тока и составляют 350 – 550 мм. В процессе плавки нижние концы электродов сгорают, поэтому их постепенно опускают и при необходимости наращивают сверху. Мощность печного трансформатора зависит от емкости печи, технологического процесса и составляет 25 000 – 40 000 кВт. Расход электроэнергии в дуговых печах при работе на твердой шихте 600 – 900 кВт/т стали, расход электродов 6 – 9 кг/т стали.
§ 13. Технология выплавки стали в дуговых печах
В зависимости от чистоты шихтовых материалов применяют две разновидности процесса плавки:
с окислением примесей;
без окисления примесей.
Плавка с окислением примесей
Технология такой плавки в основной дуговой печи подобна технологии плавки в мартеновских печах (скрап — процессом).
Используется шихта с содержанием углерода на 0,5 – 0,6 % выше, чем в готовой стали. На подину печи загружают мелкий стальной лом, затем более крупный. Скрап укладывается как можно плотнее для устойчивого горения дуги. В дуговые печи малой и средней емкости загружают мульдами или лотками через завалочное окно, а в печи большей емкости (30 – 80т) через свод, который отводят в сторону вместе с электродами. После загрузки шихты электроды опускают до легкого соприкосновения с шихтой. Подложив под нижние концы электродов кусочки кокса (для более плавного зажигания дуги) включают ток и начинают плавку стали.
При выплавке стали в дуговых печах различают окислительный и восстановительный периоды.
Во время окислительного периода расплавляется шихта, окисляется Si, Mn, P, избыточный С, частично Fe и др. элементы, например, Cr, Ti и образуется первичный шлак. Реакции окисления такие же, как в мартеновском процессе. Фосфор из металла удаляется в течение І половины окислительного периода, пока металл в ванне сильно еще не прогрелся. Образовавшийся при этом первичный фосфористый шлак в количестве 60 – 70 % удаляют из печи.
Для получения нового шлака в печь подают обожженную известь, железную руду, бокситы, плавиковый шпат, битый шамотный кирпич. После удаления фосфора и скачивания первичного шлака металл хорошо прогревается и начинается горение углерода (кипение ванны). Во время кипения ванны в течение 45 – 60 мин избыточный углерод сгорает, растворенные газы и неметаллические включения удаляются. После удаления углерода скачивают весь шлак. Если в металле в период окисления углерода содержится меньше, чем требуется по химическому составу, то в печь вводят куски графитовых электродов или кокс.
Восстановительный период плавки. В этот период раскисляют металл, переводят максимально возможное количество серы в шлак, доводят химический состав металла до заданного и подготавливают его к выпуску из печи.
Восстановительный период при выплавке сталей с низким содержанием углерода проводится под белым (известковым) шлаком, а при выплавке высокоуглеродистых сталей (более 1 % С) – под карбидным шлаком.
Выплавка металла под белым шлаком.
Для получения белого шлака в печь загружают шлаковую смесь (4 % массы металла), состоящую из 80 % извести и 20 % плавикового шпата. Через некоторое время на поверхности металла образуется слой шлака с достаточно высокой концентрацией FeO и MnO. Пробы металла имеют темный цвет. Этот шлак не может раскислять металл.
Перед раскислением металла в печь забрасывают 2 – 3 порциями вторую шлаковую смесь, состоящую из 4 – 5 частей кусковой извести, 1 части плавикового шпата, 2 – 3 частей молотого древесного угля и кокса.
Через некоторое время содержание FeO и MnO в шлаке снижается, закись железа FeO начинает переходить в шлак.
Для усиления раскисляющего действия белого шлака на металл к концу периода в печь забрасывают порошок ферросилиция, под влиянием которого содержание FeO в шлаке снижается до 1 – 1,5 %. В белом шлаке содержится 50 – 60 % СаО, а на поверхности его плавает древесный уголь, что позволяет эффективно из металла удалять серу.
В этот период в металл вводят необходимые добавки, в том числе и легирующие. Окончательно металл раскисляют в печи алюминием.
Выплавка металла под карбидным шлаком.
На І стадии восстановительный период происходит так же, как и под белым шлаком. Затем на поверхность шлака загружают карбидообразующую смесь, состоящую из 1 части кокса, 3 частей извести и 1 части плавикового шпата. При высоких температурах происходит реакция, в результате которой образуется карбид кальция СаС2, который увеличивает раскислительную и обссеривающую способность карбидного шлака. Карбидный шлак содержит 55 – 65 % СаО и 0,3 – 0,5 % FeO, он обладает науглероживающей способностью.
Выплавка стали без окисления примесей
Этот метод называется методом переплава. В печь не загружают железную руду, условия для кипения ванны отсутствуют. Шихта состоит из легированных отходов с низким содержанием фосфора, поскольку его нельзя будет удалить в шлак. В печь загружают отходы стали близкие по химическому составу к готовой стали. Для понижения содержания углерода в шихту добавляют 10 – 15 % мягкого железа (0,1 % С). Образующийся при расплавлении шихты первичный железистый шлак из печи не удаляют. Это сохраняет легирующие элементы (Cr, Ni, V), которые переходят из шлака в металл. В восстановительный период плавки может быть белый или карбидный шлак.
Источник https://studopedia.ru/3_91076_proizvodstvo-stali-v-elektrodugovih-pechah.html
Источник https://studref.com/368020/stroitelstvo/proizvodstvo_stali_elektropechah
Источник https://studfile.net/preview/5775160/page:11/
