Виробництво сталі в електричних печах.
У електоропечі можна отримувати леговану сталь з низьким вмістом сірки і фосфору, неметалевих включень, при цьому втрати легуючих елементів значно менше.
У процесі електроплавкі можна точно регулювати температуру металу та його склад, виплавляти сплави майже будь-якого складу.
Електричні печі мають істотні переваги в порівнянні з іншими сталеплавильними агрегатами, тому високолеговані інструментальні сплави, нержавіючі шарикопідшипникових, жаростійкі і жароміцні, а також багато конструкційні сталі виплавляють тільки в цих печах.
Потужні електропечі успішно застосовують для отримання низьколегованих і високовуглецевих сталей мартенівського сортаменту. Крім того, в електропечах отримують різні феросплави, що представляють собою сплави заліза з елементами, які необхідно виводити в сталь для легування і розкислення.
Пристрій дугових електропечей.
Перша дугова електропіч в Росії була встановлена ??в 1910 р. на Обухівському заводі. За роки п'ятирічок були побудовані сотні різних печей. Місткість найбільш великої печі в СРСР 200 т. Піч складається із залізного кожуха циліндричної форми з сферичним днищем. Всередині кожух має вогнетривку футеровку. Плавильний простір печі закривається знімним склепінням.
Пекти має робоче вікно і випускний отвір із зливним жолобом. Харчування печі здійснюється трифазним змінним струмом. Нагрів та плавлення металу здійснюються потужними електричними дугами, що горять між кінцями трьох електродів і металом, що знаходяться в печі. Піч спирається на два опорних сектора, перекочується по станини. Нахил печі у бік випуску і робочого вікна здійснюється за допомогою рейкового механізму. Перед загрузклй печі звід, підвішений на ланцюгах, піднімають до порталу, потім портал зі склепінням і електродами відвертається в бік зливного жолоба і піч завантажують цебром.
Механічне обладнання дугового печі.
Кожух печі повинен витримувати навантаження від маси вогнетривів і металу. Його роблять зварним з листового заліза товщиною 16-50 мм залежно від розмірів печі. Форма кожуха визначає профіль робочого простору дугової електропечі. Найбільш поширеним в даний час є кожух конічної форми. Нижня частина кожуха имеет форму циліндра, верхня частина-конусоподібна з розширенням догори. Така форма кожуха полегшує заправку печі вогнетривким матеріалом, похилі стіни збільшують стійкість кладки, так як вона далі розташована від електричних дуг. Використовують також кожухі циліндричної форми з водоохолоджуваних панелямі. Для збереження правильної циліндричної форми кожух посилюється ребрами і кільцями жорсткості. Днище кожуха зазвичай виконується сферичним, що забезпечує найбільшу міцність кожуха і мінімальную масу кладки. Днігалі виконують з немагнітної сталі для встановлення під піччю електромагнітного перемешівающего пристрої.
Зверху піч закриваютьта склепінням. Звід набирають з вогнетривкої цегли у металевому водоохолоджуваних сводовом кільці, колось витримує розпираючийщие зусилля арочного сферичного зводу У нижній частині кільця є виступ - ніж, який входить в піщаний затвор кожуха печі. У цегляній кладці зводу залишають три отвори для електродів. Діаметр відотворів більше діаметра електрода, тому під час плавки в зазор спрямовуються гарячі гази, які розрушають електрод і виносять тепло з печі. Для запобігання цього на зводі встановлюють холодильники або економайзери, що служать для ущільнення електродних отворів і для охолодження кладки склепіння. Газодинамічні економайзери забезпечують ущільнення за допомогою повітряної завіси навколо електрода. У склепінні є також отвір для відсмоктування запилених газів і отвір для кисневої фурми.
Для завантаження шихти в печі невеликої ємності і підвантаження легуючих і флюсів у великі, печі скачування шлаку, огляду, заправки і ремонту печі є завантажувальний вікно, обрамлене литий рамій. До рами кріпляться направляючі, по яких наскількизит заслінка. Заслінку футерують вогнетривким цегличом. Для підйому заслінки використовують пневматичний, гідравлічний або електромеханічний привід.
З протилежного боку кожух має вікно для випуску сталі з печі. Під вікно приварений зливний жолоб. Отвір для випуску сталі може бути круглим діаметром 120-150 мм або квадратним 150 на 250 мм. Зливної жолоб має коритоподібного перетин і приварений до кожуха під кутом 10-12 ° до горизонталі. Зсередини жлоб футерують шамотною цеглою, довжина його составляет 1-2 м.
Електродотримачі служать для підведення струму до елекТрод і для затиску електродів. Головки електрододер-жателей роблять з бронзи або сталі і охолоджують піддою, так як вони сильно нагріваються як теплом з печі, так і контактними струмами. Електродотримачі повинен щільно затискати електрод і мати невелике контактний опір. Найбільш поширеним в даний час є пружинно-пневматичний Електродотримачі. Зажим електрода здійсствляется за допомогою нерухомого кільця і ??затискної плити, яка притискається до електрода пружиною. Ог-жатіе плити від електрода і стиснення пружини происходять за допомогою стиснутого повітря. Електродотримачі кріпиться на металевому рукаві - консолі, який скріплюється з Г-образної рухомий стійкою в одну жсткую конструкцію. Стійка може переміщатися вгору або вниз всередині нерухомої коробчатої стійки. Три нерухомі стійки жорстко пов'язані в одну загальну конструкції, яка покоїться на платформі опорної люльки печі. Переміщення рухомих телескопічних стійок відбувається або за допомогою системи тросів і противоваг, що приводяться в рух електродвигунами, або за допомогою гідравлічних пристроїв. Механізми переміщення електродів повинні забезпечити швидкий подем електродів у разі обвалу шихти в процесі плавлення, а також плавне опускання електродів під хатіжаніе їх занурення в метал або ударів об розпливчастівівшіеся шматки шихти. Швидкість підйому електродів становить 2,5-6,0 м / хв, швидкість опускання 1,0 - 2,0 м / хв.
Механізм нахилу печі повинен плавно нахиляти піч у бік випускного отвору на кут 40-45 ° для випуску сталі і на кут 10-15 градусів у бік робочого вікна для спуску шлаку. Станина печі, або колиска, на которій встановлено корпус, спирається на два - чотири опор-них сектору, які перекочуються по горизонтальвим напрямних. У секторах є отвори, а в направляючих - зубці, за допомогою яких запобіганняобертається прослизання секторів при нахилі печі. Нахил печі здійснюється за допомогою рейки і зубчатого механізму або гідравлічним приводом. Два циліндра укріплені на нерухомих опорах фундаменту, а штоки шарнірно пов'язані з опорними секторами люльки печі.
Система завантаження печі буває двох видів: через завалочні вікно мульдозавалочной машиною і через верх за допомогою цебра. Завантаження через вікно застосовують тільки на невеликих печах.
При завантаженні печі зверху в один-два прийоми в течение 5 хв менше охолоджується футеровка, сокращається час плавки; зменшується витрата електроенергії; ефективніше використовується обсяг печі. Для завантаження печі звід піднімають на 150-200 мм над кожухом печі і повертають убік разом з електродами, повністю відкриваючи робочий простір печі для введення цебра з шихтою. Звід печі підвішений до рами. Вона з'єднена з нерухомими стійками Електродотримачі в одну жорстку конструкцію, що спочивають на поворотній консолі, яка укріплена на опорному підшипнику. Великі печі мають поворотну вежу, в якій соосередком всі механізми одворота зводу. Вежа вратається навколо шарніра на ковзанках по дугоподібною рейці. Бадья являє собою сталевий циліндр, діаметр якого менше діаметру робочого просторуства печі. Знизу циліндра є рухливі гнучкі сектора, кінці яких стягуються через кільця тросом. Зважування та завантаження шихти виробляються на шихтові дворі електросталеплавильного цеху. Бадья на візку подається в цех, піднімається краном і опускається в піч. За допомогою допоміжного підйому крана трос висмикують з вушок секторів і при підйомі бадді сектора розкриваються і шихта виваліється в піч у тому порядку, в якому вона була покладенана в цебрі.
При використанні в якості шихти металлізованних-них окатишів завантаження може проводитися неперервно по трубопроводу, що проходить в отвір у своде печі.
Під час плавлення електроди прорізають у шихті три криниці, на дні яких накопичується рідкий металл. Для прискорення розплавлення печі обладнуються поворотним пристроєм, який повертає корпус в одну й іншу сторону на кут в 80 °. При цьому елек-Трод прорізають у шихті вже дев'ять колодязів. Для поворота корпусу підводять звід, піднімають електроди вище рівня шихти і повертають корпус за помощі зубчастого вінця, який прикріплений до корпусу, і шестерень. Корпус печі спирається на ролики.
Очищення відведених газів.
Сучасні великі сталеплавильні дугові печі під час роботи виділяють в атмосферу велику кількість запилених газів. Застосування кисню і порошкообразних матеріалів ще більше сприяє цему. Вміст пилу в газах електродугових печей досягає 10 г / м ^ 3 і значно перевищує норму. Для уловлювання пилу проводять відсмоктування газів з робочого простору печей потужним вентилятором. Для цього в склепінні печі роблять четверте отвір з патрубком для газоотсоса. Патрубок через зазор, що дозволяє нахилуняти або обертати піч, підходить до стаціонарного трубопроводу. По дорозі гази розбавляються повітрям, необ-хідно для допалювання СО. Потім гази охолоджуються водяними форсунками в теплообміннику і направляються в систему труб Вентурі, в яких пил затримуючиється в результаті зволоження. Застосовують також тканевие фільтри, дезінтегратори і електрофільтри. Істовують системи газоочистки, що включають повністю весь електросталеплавильний цех, з установкою парасольок димоотсоса під дахом цеху над електропечами.
Футеровка печей.
Більшість дугових печей має основну футерку, що складається з матеріалів на основі MgO. Футерка печі створює ванну для металу і грає роль теп-лоізолірующего шару, що зменшує втрати тепла. Основні частини футеровки - подини печі, стіни, склепіння. Температура в зоні електричних дуг сягає нескольких тисяч градусів. Хоча футеровка електропечі відділень-лена від дуг, вона все ж повинна витримувати нагрівання до температури 1700 ° С. У зв'язку з цим застосовуються для футерування матеріали повинні володіти високою вогнінаполегливо, механічною міцністю, термо-і хімічської стійкістю. Подину сталеплавильної печі навідбирають в наступному порядку. На сталевий кожух уклавдивает листовий азбест, на азбест-шар шамотного порошку, два шари шамотної цегли і основний шар з магнезитової цегли. На магнезитової цегляної подине набивають робочий шар з магнезитової порошкука зі смолою і Пеком - продуктом нафтопереробки. Товщина набивного шару складає 200 мм. Загальна товщина подини дорівнює приблизно глибині ванни і может досягати 1 м для великих печей. Стіни печі викладають після відповідної прокладки азбесту і шамотної цегли з великорозмірних безобжіговим магнезітохромітового цегли довжиною до 430 мм. Кладка стін може виконуватися з цегли в жлізниць касетах, які забезпечують зварювання кирпічей в один монолітний блок. Стійкість стін достигает 100-150 плавок. Стійкість подини становить один-два роки. У важких умовах працює футеровка свода печі. Вона витримує великі теплові навантаження від палаючих дуг і тепла, відбиваного шлаком. Склепіння великих печей набирають з магнезітохромітового кирПіча. При наборі зводу використовують нормальний і фасонний цегла. У поперечному перерізі звід має форму арки, що забезпечує щільне зчеплення цегли ме-жду собою. Стійкість зводу становить 50 - 100 плавок. Вона залежить від електричного режиму плавки, від длиності перебування в печі рідкого металу, складу виплавлюваних сталі, шлаку. В даний час широкое поширення набувають водоохолоджувальні склепіння та стінові панелі. Ці елементи полегшують службу футеровкі.
Струм в плавильний простір печі подається через електроди, зібрані із секцій, кожна з яких являє собою круглу заготівлю діаметром від 100 до 610 мм і довжиною до 1500 мм. У малих Електропилачах використовують вугільні електроди, у великих - графитированні. Графітовані електроди виготовляють з малозольних вуглецевих матеріалів: нафтового коксу, смоли, пеку. Електродну масу змішують і пресують, після чого сира заготівля обпалюється в гадозових печах при 1300 градусах і піддається додатковому графітірующему випалу при температурі 2600 - 2800 градусах в електричних печах опору. У процессе експлуатації в результаті окислення пічними газами і розпилення при горінні дуги електроди згоряють. У міру укорочення електрод опускають в піч. При цьому електродотримач наближається до склепіння. Настає момент, коли електрод стає настільки коротким, що не може підтримувати дугу, і його необхідно наращівать. Для нарощування електродів в кінцях секций зроблені отвори з різьбленням, куди угвинчується перехідник-ніпель, за допомогою якого з'єднуються окремі секції. Витрата електродів становить 5-9 кг на тонну виплавленої сталі.
Електрична дуга-один з видів електричного розряду, при якому струм проходить через іонізованийні гази, пари металів. При короткочасному сбліженні електродів з шихтою або один з одним Возникает коротке замикання. Йде струм великої сили. Кінці електродів розжарюються до білого. При раздвіганіі елекТрод між ними виникає електрична дуга. З расгартованого катода відбувається термоелектронна емісія електронів, які, прямуючи до анода, зіштовхуються з нейтральними молекулами газу і іонізують їх. Негативні іони направляються до анода, покладитільні до катода. Простір між анодом і катодом стає іонізованим, струмопровідних. Бомбардіровка анода електронами та іонами викликає сильний його розігрів. Температура анода може досягненьгать 4000 градусів. Дуга може горіти на постійному і на перемінному струмі. Електродугової печі працюють на переменном струмі. Останнім часом у ФРН побудована електродуговая піч на постійному струмі.
У першу половину періоду, коли катодом є електрод, дуга горить. При зміні полярності, коли катодом стає шихта - метал, дуга гасне, так як в початковий період плавки метал ще не нагрітий і його температура недостатня для емісії електронів. Тому в початковий період плавки дуга горить неспекойно, уривчасто. Після того як ванна покривається шаром шлаку, дуга стабілізується і горить більш рівно.
Електрообладнання.
Робоча напруга електродугових печей составляет 100 - 800 В, а сила струму вимірюється десятками тисяч ампер. Потужність окремої установки може досягати 50 - 140 МВ * А. До підстанції електросталеплавильного цеху подають струм напругою до 110 кВ. Високим на-пряжением харчуються первинні обмотки пічних трансформаторів. На показана спрощена схема електричного живлення печі. В електричне обладнаннявання дугового печі входять проведення ремонтних работ на печі. наступні прилади:
1. Повітряний роз'єднувач, призначений для відключення всій електропічний установки від лінії високого напруги під час
2. Головний автоматичний вимикач, служить для відключення під навантаженням електричного кола, по которій протікає струм високої напруги. При нещільної укладанні шихти в печі на початку плавки, коли шихта ще холодна, дуги горять нестійкий, відбувається обвал ли шихти і виникають короткі замикання між електродами. При цьому сі ла струму різко зростає. Це призводить до великих перевантажень трансформатора, який може вийти з ладу. Коли сила струму перевищить встановлену межу, вимикач авто матично відключає установку, для чого є реле максимальної сили струму.
3. Пічної трансформатор необхідний для перетворення високої напруги в низьке (з 6-10 кВ до 100-800 В). Обмотки високої та низької напруги і магнітопроводи, на яких вони розміщені, розташовуються в баку з маслом, службовцям для охолодження обмоток. Охлажденія створюється примусовим перекачуючиням олії з трансформаторного кожуха в бак теплообмінника, в якому масло охолоджується водою. Трансформатор встановлюють поруч із електропіччю в спеціальному приміщенні. Він має пристрій, що дозволяє перемикати обмотки сходами і таким образом східчасто регулювати що подається в піч нанапруга. Так, наприклад, трансформатор для 200-т отечественной печі потужністю 65 МВ * А має 23 ступені напруги, які перемикаються під навантаженням, без відключення печі.
Ділянка електричної мережі від трансформатора до електродів називається короткою мережею. Вихідні з стіни трансформаторної підстанції фідери при помощи гнучких, водоохолоджуваних кабелів подають напряженя на Електродотримачі. Довжина гнучкого ділянки должна дозволяти проводити потрібний нахил печі і відвертати звід для завантаження. Гнучкі кабелі соединяються з мідними водоохолоджуваних шинами, установленними на рукавах електродотримачів. Трубошіни безпосередньо приєднані до голівки електрододер-жателей, затисної електрод. Крім зазначених основних вузлів електричної мережі в неї входить различва вимірювальна апаратура, під'єднується до ліданням струму через трансформатори струму або напруги, а також прилади автоматичного регулювання процесівса плавки.
Автоматичне регулювання.
По ходу плавки в електродугову пекти потрібно подавати різну кількість енергії. Міняти подачу потужності можна зміною напруги або сили тока дуги. Регулювання напруги проводиться переключенних обмоток трансформатора. Регулювання сили струму здійснюється зміною відстані между електродом і шихтою шляхом підйому або опускання електродів. При цьому напруга дуги не змінюється. Опускання або підйом електродів проводяться автоматично за допомогою автоматичних регуляторів, установлених на кожній фазі печі. У сучасних печах задана програма електричного режиму може бути встановлена ??на весь період плавки.
Пристрій для електромагнітного перемішування металу.
Для перемішування металу в великих дугових печах, для прискорення та полегшення проведення технологических операцій скачування шлаку під днищем печі в коробці встановлюється електрична обмотка, котораю охолоджується водою або стисненим повітрям. Обмотки статора живляться від двофазного генератора струмом низкою частоти, що створює біжить магнітне поле, которої захоплює ванну рідкого металу і викликає движення нижніх шарів металу уздовж подини печі в направлінні руху поля. Верхні шари металу разом з прилеглим до нього шлаком рухаються у зворотний бік. Таким чином можна спрямувати рух либо в бік робочого вікна, що буде полегшувати вихід шлаку з печі, або в бік зливного отвору, що буде сприяти рівномірному розподілу легуючих і розкислювачів і усереднення складу металу та його температури. Цей метод останнім часом має обмежене застосування, оскільки в надпотужних печах метал активно перемішується дугами.
Плавка стали в основний дугової електропечі.
Сирі матеріали.
Основним матеріалом для електроплавкі є сталевий брухт. Лом не повинен бути сильно окисленим, тому що наявність великої кількості іржі вносить до сталь значну кількість водороду. Залежно від хімічного складу лом необхідно посварититувати на відповідні групи. Основна кількість брухту, призначене для плавки в електропечах, має бути компактвим і великоваговим. При малій насипний масі брухту вся порція для плавки не поміщається в піч. Доводиться переривати процес плавки і довантажувати шихту. Це збільшує тривалість плавки, призводить до підвищеної витрати електроенергії, знижує продуктивність електропечей. Останнім часом в електропечах використовують Металлізованние окатиші, отримані методом прямого відновлення. Перевагою цього виду сировини, що містить 85 - 93% заліза, є те, що воно не забруднене міддю та іншими домішками. Окатиші доцільно застосовувати для виплавки висо-копрочних конструкційних легованих сталей, електротехнічнаських, шарикопідшипникових сталей.
Леговані відходи утворюються в електросталеплавильному Цехе у вигляді недолітих злитків, літників; в обдирному відділенні у вигляді стружки, в прокатних цехах у вигляді обріз і шлюбу і т, д.; кроме того багато легованого брухту надходить від машинобудівникних заводів. Використання легованих металовідходів позволяет економити цінні легуючі, підвищує економічну ефективвність електроплавок.
М'яке залізо спеціально виплавляють в мартенівських печах і конвертерах і застосовують для регулювання вмісту вуглецю в процесі електроплавкі. У залозі міститься 0,01-0,15% С і <0,020% Р. Оскільки в електропечах виплавляють основне коликість легованих сталей, то для їх виробництва використовують разособисті легуючі добавки; електролітичний нікель або МЮ, ферохром, феросиліцій, феромарганець , феромолібден, феровольфрам і ін В якості розкислювача крім феромарганцю і феросиліцію застосовують чистий алюміній. Для науглероживания використовують переробний чавун, електродний бій; для наведення шлаку застосовують свежеобожженную вапно, плавиковий шпат, шаматню бій, доломіт і MgO у вигляді магнезиту.
Підготовка матеріалів до плавки.
Всі присадки в дугові печі необхідно прожарювати для удалення слідів масла і вологи. Це запобігає насичення сталі воднем. Феросплави підігрівають для прискорення їх проплавляя-ня. Присадка легуючих, розкислювачі і шлакоутворюючих в сучасній печі багато в чому механізована. На бункерної Естакаде за допомогою конвеєрів відбувається зважування і роздача матеріалів за мульди, які завантажуються в піч мульдових машинами. Сипучі для наведення шлаку вводять в електропечі бросательвими машинами.
Технологія плавки.
Плавка в дугового печі починається з заправки печі. Рідкорухові нагріті шлаки сильно роз'їдають футеровку, яка може бути пошкоджена і при загрузке. Якщо подини печі під час не буде закрита шаром рідкого металу і шлаку, то вона може бути повреждена дугами. Тому перед початком плавки виробляють ремонт - заправку подини. Перед заправкою з поверх-ності подини видаляють залишки шлаку та металу. На попошкоджень місця подини і укосів - місця переходу подини в стіни печі - закидають сухий магнезитувий порошок, а в разі великих пошкоджень - порошок з добавкою пеку або смоли.
Заправку виробляють заправної машиною, викидається через. насадку за допомогою стисненого повітря заправні матеріали, або, розкидає матеріали по колу з швидко обертаєся диска, який опускається у відкриту піч зверху.
Завантаження печі.
Для найбільш повного використання робочого простору печі в центральну її частину ближ до електродів завантажують великі шматки (40%), ближче до укосів середній брухт (45%), на подину і на верх завантаження дрібний лом (15%). Дрібні шматки посани заповнювати проміжки між великими шматками.
Період плавлення.
Розплавлення шихти в печі занимает основний час плавки. В даний час багато операцій легування і розкислення металу переносять в ківш. Тому тривалість розплавлення шихти в основному визначає продуктивність печі. Після закінчення завалювання опускають електроди і включають струм. Метал під електродами розігрівається, плавиться і стекає вниз, збираючись у центральній частині подини. ЕлекТрод прорізають у шихті криниці, в яких приховуючиються електричні дуги. Під електроди закидаючиють вапно для наведення шлаку, який закриває оголений метал, охороняючи його від окислювання. Постатечно озеро металу під електродами стає все більше. Воно подплавляет шматки шихти, які падають у рідкий метал і розплавляються в ньому. Рівень металу в печі підвищується, а електроди під дією автоматичного регулятора піднімаються вгору. Пролість періоду розплавлення металу дорівнює 1-3 год залежно від розміру печі і потужності усталеного трансформатора. У період розплавлення »трансформатор працює з повним навантаженням і навіть з 15% перевантаженням, що допускається паспортом, на самій високой ступені напруги. У цей період потужні дуги не небезпечні для футеровки склепіння і стін, так як вони закриті шихтою. Остившая під час завантаження футеровка може прийняти велику кількість тепла без небезпеки її перегріву. Для прискорення розплавлення шихти істовують різні методи. Найбільш ефективним является застосування потужних трансформаторів. Так, на печах місткістю 100 т будуть встановлені трансформатора потужністю 75,0 МВ-А, на 150-т печах трансформатора 90-125 МВ * А і вище. Тривалість плавлення при використанні потужних трансформаторів зменшується до 1-1,5 ч. Крім того, для прискорення расплавлення застосовують паливні мазутні або газові пальники, які вводять в піч або через робоче окно, або через спеціальний пристрій у стінах. Приміня пальників прискорює нагрів і розплавлення шихти, особливо в холодних зонах печі. Тривалість плавлення скорочується на 15-20 хв.
Ефективним методом є застосування газообрізного кисню. Кисень подають в піч як через сталеві футеровані трубки у вікно печі, так і за допомогою фурми, опускається в піч зверху через отверстіе у склепінні. Завдяки екзотермічних реакцій окисленнялення домішок і заліза виділяється додатково велику кількість тепла, яке нагріває шихту, прискорює її повне розплавлення. Використання кислороду зменшує тривалість нагрівання ванни. Період розплавлення скорочується на 20-30 хв, а витрата електроенергії на 60-70 кВт-год на 1 т сталі.
Традиційна технологія електроплавкі стали пребачає роботу за двома варіантами: 1) на свіжій шихті, тобто з окисленням; 2) переплав відходів. При плавці за першим варіантом шихта складається з простих вуглецевих відходів, маловуглецевої брухту, метал-лізованних окатишів з добавкою науглерожівателя. Надмірна кількість вуглецю окислюють в процесі плавки. Метал легують присадками феросплавів для одержання сталі потрібного складу. У другому варіанті складу стали майже повністю визначається складом відходів і легуючі додають тільки для деякої коригування складу. Окислення вуглецю не виробводять.
Плавка з окисленням.
Розглянемо хід плавки з окисленням. Після закінчення періоду розплавлення начинается окислювальний період, завдання якого заключаются в наступному: окислення надлишкового вуглецю, окислення та видалення фосфору; дегазація металу; уданя неметалічних включень, нагрів сталі.
Окислювальний період плавки починають присадкою залізної руди, яку дають в піч порціями. У редок присадки руди відбувається насичення шлаку FeO і окислення металу по реакції: (FeO) = Fe + [O]. Розчинений кисень взаємодіє з растворіння у ванні вуглецем з реакції [C] + [O] = CO. Відбувається бурхливе виділення бульбашок CO, которие спінюють поверхню ванни, покритої шлаком. Оскільки в окислювальний період на металі наводять вапняний шлак з гарною жідкоподвіжностью, то шлак спінюється виділяються бульбашками газу. Уровень шлаку стає вище за поріг робочого вікна і шлак витікає з печі. Вихід шлаку підсилюють, нахилуняя піч у бік робочого вікна на невеликий кут. Шлаки стікає в шлаковік), що стоїть під робочою площадки цеху. За час окисного періоду Окислиють 0,3-0,6% C з середньою швидкістю 0,3-0,5% С / ч. Для оновлення складу шлаку одночасно з рудою у піч додають вапно і невеликі кількості плавикового шпату для забезпечення шлаку.
Безперервне окислення ванни та скачування окислительного вапняного шлаку є неодмінними умовами видалення зі сталі фосфору. Для протікання реакції окислення фосфору 2 [P] +5 [O] = (P2O5); (Р2O5) +4 (СаО) == (СаО) 4 * P2O5 необхідні високий вміст кисню в металі і шлаку, підвищений вміст CaO в шлаку і знижена температура.
У електропечі перші дві умови повністю виконансовуються. Виконання останньої умови забезпечують наводкою свіжого шлаку та постійним оновленням шлаку, тому що шлак, насичений (СаО) 4 * P2O5 скачиється з печі. По ходу окисного періоду происходить дегазація стали-видалення з неї водню і азота, які виділяються в бульбашки СВ, що проходять через метал.
Виділення бульбашок СО супроводжується також і видаленням з металу неметалічних включень, которие виносяться на поверхню потоками металу або піднімаються вгору разом з бульбашками газу. Хорошиї кипіння ванни забезпечує перемішування металла, вирівнювання температури і складу.
Загальна тривалість окисного періоду становить від 1 до 1,5 ч. Для інтенсифікації окислительного періоду плавки, а також для одержання сталі з низьким вмістом вуглецю, наприклад хромоникельовой нержавіючої з вмістом вуглецю <= 0,1%, металл продувають киснем. При продувці киснем окислювальні процеси різко прискорюються, а температуру металу підвищується зі швидкістю приблизно 8 - 10 С / хв. Щоб метал не перегрівся, вводять охлаждають добавки у вигляді сталевих відходів. Застосування кисню є єдиним способом отримання низьковуглецевої нержавіючої сталі без значительних втрат цінного легуючого хрому при переплаву.
Окислювальний період закінчується, коли содержаніе вуглецю стає нижче заданої межі, сотримання фосфору 0,010%, температура металу нескільки вище температури випуску сталі з печі. У конЦе окисного періоду шлак намагаються повністю прибирати з печі, викачувавши його з поверхні металу.
Відбудовний період плавки.
Після завантаження окислювального шлаку починається відновлювальний період плавки. Завданнями відновного періоду плавки є: Розкислювання металу, видалення сери.коррек-тирование хімічного складу сталі, регулювання температури ванни, підготовка жідкоподвіжного хорошо розкислення шлаку для обробки металу під время випуску з печі в ківш. Розкислювання ванни, тобто уданя розчиненого в ній кисню, здійснюють присадком розкислювачі в метал і на шлак. На початку відновного періоду метал покривається шаром шлаку. Для цього в піч сідаю шлакоформуючі суміші на основі вапна з добавками плавикового шпату, шамотного бою, кварциту. В якості розкислителей зазвичай використовують феромарганець, ферросіліцій, алюміній. При введенні розкислювачі відбуваються наступні реакції:
[Mn] + [O] = (MnO); [Si] +2 [О] = (SiO2); 2 [Al] + 3 [O] - (Al2O3).
У результаті процесів розкислення більша частина розчиненого кисню зв'язується в оксиди і видаляючиється з ванни у вигляді нерозчинних у металі неметалвої включень. Цей процес протікає досить швидко і тривалість відновного періоду в основному визначається часом, необхідним для утворення рухомого шлаку. У малих і середніх печах при виплавці відповідальних марок сталей продовжувалають застосовувати метод дифузійного розкислення стали через шлак, коли розкислювачі у вигляді меленого електродного бою, порошку феросиліцію сідає на шлак. Вміст кисню у шлаку знижується і відповідно до закону розподілу кисень з металу переходить у шлак. Метод цей, хоча і не залишаючиет в металі оксидних неметалічних включень, требует значно більшої витрати часу. У восстановітельно період плавки, а також при випуску сталі під шаром шлаку, коли відбувається гарне перемішування металу з шлаком, активно відбувається десульфурації металу. Цьому сприяє гарне Розкислювання стали і шлаку, високий вміст вапна у шлаку і високая температура. В ході відновного періоду вводять легуючі - феротитан, феррохром та інші, а деякі, наприклад нікель, сідайте разом з шихтій. Нікель не окислюється і не втрачається при плавці. Добавки тугоплавких ферровольфрама, Фероніобій виробляють на початку рафінування, так як потрібно знаве час для їх розплавлення. В даний время більшість операцій відновного періоду переносять з печі в ківш. Наприклад, в кіш вводять пірції легуючих або дають їх на струмінь сталі, випливають-щей з печі при її нахилі. Сідаю по ходу випуску раскислители. Метою відновного періоду є забезпечення нагрівання сталі до заданої температури і створення шлаку, десульфурірующая спосібність якого використовується при спільний випуск з печі разом зі сталлю.
Одношлаковий процес.
У зв'язку з інтенсифікацією процесу електроплавкі в останні роки одержав більшое поширення метод плавки в дугового печі під одним шлаком. Сутність цього методу полягає в наступному: дефосфорація металу поєднується з період розплавлення. Під час розплавлення з печі скачують шлак і виробляють добавки вапна. У окисненістю період випалюють вуглець. По досягненні в металі << 0,035% Р виробляють розкислення сталі без скачування шлаку феросиліцію і феромарганцю. Потім сідаю феррохром і проводять скорочений (50-70 хв) відновний період з розкислення-ем шлаку порошками феросиліцію і коксу і розкисла-ням металу кусковими раскислителями. Остаточнийве розкислення виробляють в ковші феросиліцію і алюмінієм. У деяких випадках взагалі не проводять розкислення шлаку в печі порошкоподібними розкислителями.
Переплав відходів.
На заводах спеціальних сталей кількість утворюються відходів досягає 25-40% від виплавленої сталі. Частина відходів надходить з машинобудівних заводів, тому в електросталеплавильних цехах 50% легованих сталей виплавляють із шихти, що складається тільки з них. Раціональне використання відходів дает велику економію легуючих, електроенергії, пощує продуктивність електропечей. В СРСР легірованних відходи поділяють на 82 групи. При розрахунку шихти прагнуть використовувати максимальну количество відходів даної марки сталі або найбільш близьких марок
Шихту складають з таким розрахунком, щоб утримуючиня вуглецю у ванні з розплавлюванні було на 0,05 - 0,10% нижче заданого маркою сталі. Необхідні легірующіе, неокісляющіеся добавки Ni Cu, Mo, W зажувати разом із шихтою, а інші - V, Тi, Cr, Mn, Al, Si, Nb - прагнуть вводити як можна пізніше на разних стадіях плавки, в тому числі і під час випуску в ківш. Метал заданого складу отримують в процесі рафініровкі або в ковші. Під час плавки наводять ви-сокоосновной, шлаку, який частково викачують з печі. Це дозволяє видалити до 30% фосфора. Якщо склад металу близький до розрахункового, то без скачування шлаку, приступають до розкислення шлаку молотим коксом, феросиліцію і алюмінієм. При цьому легуючі елементи відновлюються з шлаку і перехода в метал, наприклад так відновлюється оксид хрому: 2 (Cr2O3) +3 (Si) = 3 (SiO2) +4 [Cr]. Продовжність відновного періоду в цьому варіанті технології така ж, як і у плавках з окисленням. Плавка на відходах значно коротше (приблизно на 1 год) в порівнянні з плавкою на свіжій шихті за рахунок окисного періоду. Це збільшує виробляйність електропечей на 15-20% і скорочує витрати електроенергії на 15%.
Методи інтенсифікації електросталеплавильного процесу.
Застосування кисню. Використання газоподібного кисню в окислювальний період плавки і в періодрасплавленія дозволяє значно інтенсифікувати процеси розплавлення і окислювання вуглецю.
Застосування синтетичного шлаку.
Цей метод пребачає перенесення рафінування металу з електропечі в розливний ківш. Для рафінування металу виплавляють синтетичний шлак на основі з-вести (52-55%) і глинозему (40%) у спеціальній печі електродуги з вугільної футеровкою. Порцію, рідкого, гарячого, активного шлаку (4-5% від маси сталі, виплавленої в електропечі) наливають в основної сталерозливних ківш. Ківш подають до печі і в нього випускають сталь. Струмінь сталі, падаючи з великої висоти, вдаряється об поверхню рідкого шлаку, розбиваючиється на дрібні краплі і спінюють шлак. Відбувається перемішування сталі зі шлаком. Це сприяє активно протіканню обмінних процесів між металлом і синтетичним шлаком. В першу чергу протикают процеси видалення сірки завдяки низькому содержанію FeO в шлаку і кисню в металі; підвищеної концентрації вапна в шлаку, високій температурі і перемішуванню сталі зі шлаком. Концентрація сірки може бути знижена до 0,001%. При цьому відбувається значне видалення оксидних неметалічних включений із сталі завдяки асиміляції, поглинання цих включень синтетичним шлаком і перерозподілу кисню між металом і шлаком.
Обробка металу аргоном.
Після випуску сталі з печі через обсяг металу в ковші продувають аргон, який подають або через пористі пробки, зафутеро-ванні в днищі, або через шви кладки подини ковша. Продування сталі в ковші аргоном дозволяє вирівняти температуру і хімічний склад сталі, знизити содержаніе водню, видалити неметалеві включення, що в остаточному підсумку дозволяє підвищити механічні та експлуатаційні властивості сталі.
Застосування порошкоподібних матеріалів.
Продувка стали в дуговій електропечі порошкоподібними матеріалів в струмі газаносітеля (аргону або кисню) дозволяє прискорити найважливіші процеси рафінування сталі: зневуглецювання, дефосфорацію, десульфурації, розкислення металу.
У струмені аргону або кисню у ванну вдувається поРошки на основі вапна, плавикового шпату. Для рас-кісленія металу використовують порошкоподібний феросиліцій. Для окислення ванни та для прискорення удаленіяуглерода і фосфору додають оксиди заліза. Мел-кораспиленние тверді матеріали, потрапляючи в ванну металу, мають велику поверхню контакту з металлом, у багато разів перевищує площу контакту ванни зі шлаковим шаром. При цьому проісходітінтенсівное перемішування металу з твердими частинками. Все це сприяє прискоренню реакцій рафінування сталі. Крім того, порошкоподібні флюси можуть іскористуватися для більш швидкого наведення шлаку.
Плавка в кислому електропечі.
Кислі електропечі футеруют вогнетривкими матеріалами на основе кремнезему. Ці печі мають більш глибокі ванни і в зв'язку з цим менший діаметр кожуха, менші теплові втрати і витрати електроенергії. Стійкість футеровки склепіння і стін кислому печі знаве вище, ніж в основної. Це пояснюється малою продовжності плавки. Печі з кислою футеровкою місткістю 1-3 т застосовуються в ливарних цехах для виробництва сталевого лиття та виливків з ковкого чавуну. Вони допускають періодичність у роботі, тобто роботу з перервами. Відомо, що основна футеровка швидко зношується при частому охолодженні. Витрата вогнетривів на 1 т сталі в кислому печі нижче. Кислі вогнетриви дешевше, ніж основні. У кислих печах швидше розігрівають метал до високої температури, що необхідно для лиття. Недоліки кислих печей связани насамперед із характером шлаку. У цих печах шлак кицьлий, що складається в основному з кремнезему. Тому такий шлак не дозволяє видаляти із сталі фосфор і сірку. Для того щоб мати зміст цих домішок в допустимих межах, необхідно підобирати спеціальні шихтові матеріали, чисті по фосфору і по сірці. Крім того, кисла сталь володіє зниженими пластичноми властивостями в порівнянні з основною сталлю внаслідок присутності в металі висококремністие неметалічних включеній.Технологія плавки в кислому електропечі має наступні особливості. Окислювальний період плавки нетривалий, кипіння металу йде слабо, так як кремнезем пов'язує Рео в шлаку і тим самим швидкість переходу кисню в метал для окислення вуглероду знижується. Кислий шлак більш в'язкий, він ускладнює кипіння. Шлак наводять присадками піску, використаної формувальної землі. Вапно сідаю до змісту в шлаку не більше 6-8% СаО. Розкислювання кислої сталі проводять, як правило, присадкою кускового феросиліцію. Частково сталь раскисляют кремнієм, которий відновлюється з шлаку або з футеровки по реакціях: (SiO2) +2 Fe = 2 (FeO) + [Si]; (SiO2) +2 [C] = 2CO + [Si]. На відміну від основного процесу при кислому феромарганець сідаю в кінці плавки в роздробленому вигляді в ківш. При такому способі засвоюєся до 90% марганцю. Кінцеве розкислення проводять алюмінієм.
Отримання низьковуглецевої корозійностійкої сталі (процеси AOD і VOD).
Широке поширення отримують методи виробництва низьковуглецевої корозійностійкої сталі поза електропечі.
Метод AOD. У електропечі виплавляють основу нержавіючої сталі, що містить задану кількість хрому і нікелю, з використанням недорогих, високовуглецевих феросплавів. Потім сталь разом з пічним шлаком заливають в конвертер, профіль якого представлений на рис. 81. Футеровка конвертера виготовлена ??з магнезітохромітового цегли. Стійкість футеровки до 200 плавок. У нижній зоні футеровки, в третьому ряді цегельної кладки від днища конвертера. Фурми являють собою конструкцію з мідним внутренней труби і зовнішньої труби з нержавіючої сталі, внутрішній діаметр фурми 12-15 мм. Початкове содер-жаніе вуглецю в сталі може бути для феритних хромистих сталей 2,0-2,5%, а для аустенітних сталей 1,3-1,7%. У перші 35 хв сталь продувають сумішшю кисню і аргона в співвідношенні 3: 1. Під зБежанов перегріву металу в о, конвертер сідаю лом - даної марки стали, ферохром і т. п. Потім протягом 9 хв сталь продувають сумішшю кисню і аргону в співвідношеніі 1:1. У цей час концентрація вуглецю знижується до 0,18%. У третьому періоді в продувному газі ще більш зменшують відношення кислороду до аргону до 1:2, продувку продовжують ще 15 хв. За цей час вміст вуглецю знижується до 0,035%. Температура по-вищувати до 1720 ° С. В кінці продувки сідаю вапно і ферросіліцій для відновлення хрому з шлаку. Після восстановленя шлак, що містить 1% Cr2O3, скачується і після наведення нового шлаку проводять остаточну продувку аргоном. При цьому в шлак переходить сірка, її вміст в металі знижується до 0,010%.
В результаті процесу AOD отримують високоякісну ненержавіючої сталі з низьким вмістом вуглецю, сірки, азоту, кицьлорода, сульфідних і оксидних неметалічних включень, з високімі механічними властивостями. Для підвищення економічності процесу аргон частково замінюють азотом. Середня тривалістьність продувки становить 60-120 хв, витрата аргону становить 10-23 м ^ 3 / т, кисню 23 м ^ 3 / т. На рис. 82 представлено зміна температури і складу металу. Ступінь вилучення хрому складляєт 98%.
Метод VOD. Цей метод вакуумно-кисневого обезуглерожівання з продувкою аргоном. В основі методу лежить здійснення реакції [C] + [O] = CO, рівновага якої в вакуумі зсувається в праву сторону. Чим нижче парціальний тиск СО, тим нижчою повинна бути залишкова концентрація вуглецю в сталі. При цьому створюються сприятливі умови для відновлення оксиду хрому вуглецем, що дозволяє проводити процес зневуглецювання без помітних втрат хрому зі шлаком. Корозійностійкої сталі виплавляют в електропечі з досить високим вмістом вуглероду (0,3-0,5%); сталь випускають у спеціальний ківш з хромомагнезитової футеровкою, що мають в днищі фурму для подачі аргону. Ківш встановлюють у вакуумну камеру, відкачують повітря і начина продувку киснем зверху через водоохолоджувальну фурму, яку вводять в камеру через кришку. Одночасно проводиться продування аргоном через дно ковша. Після закінчення продувки проводять присадку розкислювачів і легуючих для коректування состава. Витрата аргону в цьому способі значно нижче ніж у AOD (всього 0,2 м ^ 3 / т). Одержувана сталь містить дуже низькі концентрації вуглецю (0,01%) при низькому вмісті азоту. Оксидіня хрому незначне. Для видалення сірки в ківш завантажують вапно, що дозволяє після розкислення і короткочасного перемешіванія аргоном знизити концентрацію сірки в металі до необхідних меж. У порівнянні з процесом AOD цей метод більш складний і застосовується для виробництва сталей відповідального призначення з низьким вмістом вуглецю. До достоїнств того й іншого процесу слід віднести економію дорогого нізкоуглеродист ферохрому, звичайно використався при одержанні не-нержавіючої сталі в дугових печах, а також досягнення низьких содержаний вуглецю без значних втрат хрому.
Індукційні печі і плавка в них.
В даний час індукційні печі знаходять широкое застосування в металургії та машинобудуванні. У лабораторіях використовують високочастотні печі емкістю від кількох грам до 100 кг, в ливарних цехах низько-і середньочастотні печі до 2-6 т; найбільш крупні печі мають ємність до 60 т. У порівнянні з дуговимі електропечами в індукційних печах відсутність електродів і електричних дуг дає можливість підлозічать сталі та сплави з низьким вмістом вуглецю і газів. Плавка характеризується невеликим чадом легірующіх елементів, високим електричним к. п. д "точним регулюванням температури металу.
Недоліком печей є холодний, погано перемешіваемий шлак, що не дозволяє так само інтенсивно, як в дугових печах, проводити процеси рафінування. Стійкість футеровки в печах невисока.
Основний тип сучасних високочастотних або індукціонних печей - це печі без сердечника. Така піч складається з індуктора-котушки, навиті з мідного трубки з водяним охолодженням. Всередину індуктора вставляється або готовий вогнетривкий тигель, або тигель наби-ється порошкоподібною вогнетривким матеріалом. При накладенні на індуктор змінного електричного тока частотою від 50 до 400 кГц утворюється змінне магнітних силове поле, яке пронизує простір внутри індуктора. Це магнітне поле наводить в металевіської коші вихрові струми.
Пристрій індукційних печей
У центрі печі поміщений індуктор. Він має вигляд соленоїда і виготовлений з профільованою мідної труби. По трубі йде вода для її охолодження. Усередині індуктора набитий вогнетривкий тигель. Струм подається по гнучких кабелям. Піч поміщена в металевий кожух. Зверху тигель закривається склепінням. Поворот печі для зливу металу здійснюється навколо осі, розташованої біля сливного носка. Поворотні цапфи печі спочивають на опорних підшипниках станин. Нахил печі проводиться за допомогою рейкового механізму через рухомі шарніри-цапфи або гідроприводом. Невеликі печі нахилуняют за допомогою талі.
Футеровка печей може бути кислою або основний, набивний або цегляною. Для набивки використовують огнеупорние матеріали різної крупності від часток міліметра до 2-4 мм. Для основної футеровки застосовують порошок магнезиту з добавками хромомагнезиту і борної кислоти для зв'язки. Кислі суміші готують на основі меленого кварциту. Набивку тигля ведуть Післяно навколо металевого шаблона, форма якого совідповідає профілю тигля.
Після закінчення набивання футеровку спікають і проЖиган. У залізний шаблон завантажують чавун, включають струм, метал поступово розігрівається і нагріває футеровку. Потім метал доводять до плавлення. У первої плавці розплавляють м'яке залізо, що дозволяє досягти високої температури для випалу футеровки. Великі печі футеруют фасонним вогнетривким цегличом.
Електричне обладнання
Індукційні печі живляться струмом високої частоти від лампових генераторів або струмом середньої частоти (2500 Гц) від машинних перетворювачів. Великі печі працюють на струмі промислової низької частоти (50Гц від мережі). Ці печі часто служать як міксерів рідкого металу в ливарних цехах.
У схему входять машинний генератор, батарея конденсаторів і автоматичний ререгулятора, плавильний контур. Перетворювальні агрегат складається з асинхронного електродвигуна, обертаюного генератор і динамомашину, яка дає струм в обмотки збудження генератора.
Плавку проводять на високоякісному брухті з пониженим утримуючиням фосфору і сірки. Великі й дрібні шматки так укладають у тигель або цебер, за допомогою якої завантажують великі печі, щоб вони плітно заповнювали обсяг тигля. Тугоплавкі ферросплави укладають на дно тигля. Після завантаження включають струм на повну потужність. У міру проплавлення і оседання скрапу підвантажують шихту, не увійшла відразу в тигель. Коли останні шматки шихти поринуть у жидкий метал, на поверхню металу закидають шлакоформуючі матеріали: вапно, магнезитовий порошок, плавиковий шпат. Шлак захищає метал від контакту з атмосферою, запобігає теплові втрати. По ходу плавки шлак розкислють добавками порошку кокса, меленого феросиліцію. Метал розкислють Кусковимі феросплавами і в кінці алюмінієм. По ходу плавки дають добавки легуючих. Оскільки чаду легірующіх практично не відбувається, то в індукційнихних печах можна виплавляти сплави складного складу.
Для компенсації реактивної потужності та створення електричного резонансу встановлюють батарею конденсаторов. Частина конденсаторів може бути відключенана для зміни ємнісної складової. Резонанс буває за умови ?L = 1/?C ??(L-коефіцієнт само-індукції печі, C - ємність конденсатора, ? - кутова частота). Підбираючи змінну ємність, можна роботать в умовах, близьких до резонансу, тобто підтримувати cos? близький до одиниці. Автоматичний регулятортор електричного режиму підтримує оптимальну електричну потужність взаємопов'язаним регулюванням cos?, напруги і сили струму.
