ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Сталеплавильный цех металлургического предприятия является потребителем большого количества электроэнергии, которое используется как удобный и мощный источник тепла для плавки металла.

По способу преобразования электрической энергии в тепловую, различают печи дуговые и индукционные.

ДУГОВАЯ ПЛАВИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ

Дуговая электрическая печь питается переменным трехфазным током. Источником тепла в ней является электрическая дуга.

Дуговая электропечь (рис. 1.7) имеет вид большой чаши 3 (подины) диаметром и высотой несколько метров. Снаружи она покрыта листовым металлом, а изнутри футерована огнеупорными материалами. В стенке корпуса с одной стороны имеется рабочее окно 5, а с другой – отверстие с желобом 10 (летка) для выпуска готовой стали в ковш. Печь установлена на секторных направляющих 2 и с помощью механизма 1 может наклоняться в сторону рабочего окна или летки. Сверху чаша печи закрыта крышкой – сводом 8 из высокоогнеупорного материала. В своде имеются три водоохлаждаемых отверстия, через которые в печь опускают электроды 9 – графитированные стержни диаметром 350 … 550 мм.

К электродам по медным водоохлаждаемым проводникам подается электрический ток. Сила тока составляет 1 … 10 кА, рабочее напряжение 160 … 600 В. Вместимость дуговых электропечей от 0,5 до 400 тонн жидкой стали.

Свод дуговой электропечи съемный. Он подвешивается на цепях к специальной балке – порталу. При загрузке печи специальный механизм поднимает его и отводит в сторону, а открытый таким образом корпус остается на месте. С помощью загрузочной бадьи, транспортируемой мостовым краном, в корпус печи подается шихта 4. После этого корпус закрывают сводом, через отверстия в нем вводят электроды и начинают плавку. Процесс протекает следующим образом.

При подаче напряжения на электроды между ними и металлической шихтой возникает электрическая дуга 6, излучение которой разогревает плавильное пространство. Во время плавки длина дуги автоматически регулируется за счет перемещения электродов. В зоне горения дуги температура достигает 7000 °С, что обеспечивает проплавление шихты под электродами в виде колодцев, в которые скатываются остатки твердой шихты удаленных от электродов зон. На подине скапливается жидкий металл. Кроме этого ускорения плавки добиваются поворотом печи вокруг вертикальной оси на направляющих в одну и другую стороны на определенный угол, что приводит к перемешиванию как шихты, так и металла. По окончанию процесса плавки печь наклоняют в сторону рабочего окна и выпускают шлак, затем в сторону летки и выпускают готовую сталь. Продолжительность процесса составляет 3,5 … 6,5 часов.

Для получения качественных сталей процессом плавки необходимо управлять, т.е. периодически выпускать шлак и загружать флюсы для наведения нового. В дуговых электропечах это осуществляется через рабочее окно, при этом печь наклоняют в сторону окна.

В настоящее время дуговые электрические печи широко применяются как на металлургических, так и на машиностроительных предприятиях. Конструктивно они выглядят одинаково и отличаются только типом огнеупорного материала, используемого для футеровки плавильного пространства. В литейных цехах машиностроительных предприятий футеровка электропечей выполняется кислой, в сталеплавильных цехах металлургических заводов – основной.

В дуговой электрической печи с основной футеровкой плавильного пространства в качестве шихты используют лом или легированной, или конструкционной углеродистой стали.

В первом случае осуществляют переплав шихты без окисления примесей. Вредных примесей в этом случае в исходных материалах должно быть минимальное количество. Основной задачей в этом случае является переработка отходов машиностроительных заводов с доведением выплавляемой стали до заданного химического состава за счет введения соответствующих компонентов.

Во втором случае шихта состоит из стального лома (90%), передельного чугуна в слитках (7 … 8%), кокса, железной руды, извести и плавикового шпата (в качестве флюса). Способ применяют для производства конструкционных сталей и по своей сути он конкурирует с мартеновским скрап-процессом. В этом случае процесс протекает с окислением примесей, а в ванне расплавленного металла протекают все химические реакции, рассмотренные выше, причем содержание серы и фосфора в электростали оказывается даже ниже, чем в мартеновской стали.

Плавка стали в дуговой электрической печи характеризуется низким угаром легирующих элементов, высоким перегревом ванны с расплавленным металлом, что создает необходимые условия для растворения ферросплавов. Поэтому электропечи применяют для выплавки любых марок стали, включая такие стали специального назначения, как инструментальные, нержавеющие, жаропрочные и т.д.

Кроме этого, к преимуществам дуговых электропечей относят высокое качество получаемой стали, высокую производительность за счет быстрого нагрева и меньшую экологическую вредность производства в связи с тем, что плавильное пространство печи надежно изолировано от окружающей среды и выбросы газов, загрязняющих ее, практически отсутствуют.

Недостатками процесса является невысокая экономичность дуговых электропечей, связанная с использованием дорогостоящего энергоносителя – электрической энергии. На плавку одной тонны стали в дуговых электропечах тратится в среднем 470 … 600 киловатт-часов электроэнергии. Поэтому стоимость стали, выплавляемой в таких печах, выше изготовленной в других сталеплавильных агрегатах.