Производство в электрических печах

Плавкой в электрических печах можно получать высоколегированную сталь с минимальным содержанием фосфора и серы  при минимальных потерях легирующих элементов; выплавлять сплавы любого состава. Это обеспечивается возможностью получать в печи высокие температуры и точно регулировать температурные режим, а также создавать в печах восстановительную или нейтральную атмосферу, что очень важно при плавке легированных сталей и сплавов, содержащих  легко окисляющиеся компоненты.

Для производства высококачественных легированных сталей с особыми свойствами (коррозионностойких, инструментальных, электротехнических, магнитных, жаропрочных и др.), а также многих сплавов используют  дуговые  и  индукционные печи.

Вместимость дуговых печей применяющихся в черной металлургии, изменяется от 10 до 400 тонн. Источником теплоты в дуговых печах является электрическая дуга, возникающая между угольными электродами и жидким металлом или шихтой  в замкнутой в электрической цепи электрод - шлак - дуга - электрод. Температура в электрической дуге превышает 3000 С. Как другие сталеплавильные печи, электропечи могут иметь основную и кислую футеровку. В основных печах, имеющих наибольшее распространение, футеровку ванны выполняют из магнезитового кирпича с набивкой из магнезита или доломита.  

Питание дуговых печей электрическим током осуществляется от трехфазных трансформаторов, мощность которых определяется вместимостью печи. Питающие трансформаторы на низкой стороне имеют от 3 до 12 ступеней напряжения, что позволяет регулировать энергетическую нагрузку на электроды и тем самым температуру в печи.

Небольшие дуговые печи загружают через рабочие окна с помощью мульд и завалочных машин, печи большой вместимости - сверху с помощью загрузочной корзины (бадьи). В этом случае свод с электродами делается съемным; в период загрузки его поднимают и отводят в сторону. После этого шихту заливают в печь с помощью мостового крана единовременно или в несколько приемов.

При получение стали в дуговых электрических печах используют в основном две разновидности плавки - с полным окислением примесей и переплав легированных отходов без окисления.

Основным сырьем для электроплавки  с окислением является стальной лом, который в зависимости от химического состава должен обязательно рассортирован на соответствующие группы. В последнее для этого вида электроплавки используют металлизованные окатыши. Легированные отходы образуются в элетросталеплавильном производстве в виде неполноценных по размером слитков, литников, обрези, брака и т.д.; Много легированного лома поступает с машиностроительных заводов.   

При производстве легированных сталей кроме железосодержащих материалов используют различные легирующие добавки: электролитный никель или NiO, феррохом, ферросилиций, ферромолибден, ферровольфрам и др.В качестве раскислителей , кроме ферромарганца, применяют алюминий . Для науглероживания используют передельный  чугун и электродный бой, а для снижения содержания углерода мягкое железо (0,01-0,15 %С; <0,02 P). Для наведения шлака применяют свежеобожженную известь, плавиковый шпат, доломит и др. все присадки пред загрузкой в печи необходимо прокаливать для удаления следов масла и воды, а ферросплавы для ускорения их плавления подогревать.

     Плавка в электрических дуговых печах включает следующие основные стадии (периоды): заправка печи, загрузка шихты, плавление, окисление и восстановление и выпуск расплава.

     Заправку печи выполняют для поддержания футеровки плавильного пространства в рабочем состоянии. Особое внимание при этом уделяют устранению повреждений подины и откосов. Сразу по окончании заправки начинают завалку шихты с помощью корзины (бадьи). Окончив завалку печи, свод с электродами устанавливают на место, электроды опускают и включают ток. С этого момента начинается плавление шихты, которое первоначально происходит под электродами. В этот момент под электродами вследствие стекания расплава на подину в шихте появляются проплавленные колодцы или колодец в сверхмощных печах. Для интенсификации процесса плавления шихту с откосов сталкивают механически или покачиванием печи на ± 40º. Для ускорения плавки практикуется также подогрев шихты вне печи (в бадье над сводом) или в печи с помощью топливных горелок, а также продувкой образовавшегося расплава кислородом с помощью погружных фурм или трубок. В последнем случае расплавление остатков металлического лома ускоряется за счет теплоты экзотермических реакций окисления железа и марганца.

     В период плавления происходит образование шлака как за счет присадок флюсов, так и в результате окисления компонентов шихты. На стадии плавления шихты полностью окисляется кремний, до 60 % марганца, частично углерод, фосфор и железо.

     Окислительный период плавки проводят с целью уменьшения содержания в металле фосфора до 0,01-0,015 %, снижения содержаний в нем азота и водорода и нагрева расплава до необходимой температуры, которая обычно на 120-130 ºС превышает температуру плавления получаемой стали. Для окисления примесей применяют твердые окислители - железную руду или агломерат, а также газообразный кислород. Воздействие окислителей на металлический расплав вызывает интенсивное окисление углерода. Образующиеся при этом пузырьки СО вызывают активное кипение ванны, что способствует ускорению разогрева металла, удалению растворенных в нем газов, а также неметаллических включений.

     Окислительный период заканчивают по достижении концентрации углерода несколько ниже заданного предела для выплавляемой марки стали и  предельного удаления фосфора. Заканчивают окислительный период полным удалением из печи шлака, что предотвращает обратное восстановление примесей в следующей стадии электроплавки.

     Восстановительный период, следующий за окислительным, предназначен для раскисления металла, удаления серы и доведения химического состава стали до заданного. Для его осуществления после полного удаления окислительного шлака в печи наводят новый шлак. Для его образования в печь присаживают шлакообразующие смеси на основе извести с добавками плавикового шпата, шамотного боя и кварца. В качестве раскислителей используют ферромарганец, ферросилиций или алюминий. В этот же период в печь вводят легирующие добавки. В настоящее время большинство операций восстановительного периода переносят из печи в ковш. Например, в ковш вводят порции легирующих или подают их на струю стали, вытекающей из печи по сливному желобу. Выпуск металла из печи в сталеразливочный ковш с донным стопором осуществляют наклоном печи в сторону слива.

     Плавка в дуговых электропечах легированных отходов основана на их переплаве без окислительного периода. Шихту для такой плавки составляют из расчета, чтобы по ее расплавлении металл содержал на 0,05-0,1 % С меньше, чем требуется для заданной марки стали. При составлении шихты стремятся использовать максимальное количество отходов данной марки стали или близкого к ней состава. Это способствует большой экономии легирующих элементов.

     При плавки легированных отходов при правильном расчете шихты после ее расплавления сразу начинается восстановительный период, металл раскисляют, добавляют некоторые легирующие присадки и готовы металл выпускают. Плавка методом переплава легированных отходов значительно короче по продолжительности, характеризуется меньшим расходом электроэнергии и большей производительностью печей.

     Электродуговые печи с кислой футеровкой обычно используют только при выплавке стали для фасонного литья на машиностроительных заводах. Вместимость применяемых в этом случае печей составляет от 0,5 до 10т. Кислая футеровка (из динаса) более термостойка и позволяет эксплуатировать печи с учетом условий прерывной работы литейных цехов.

     Индукционные ( высокочастотные) печи в настоящее время в черной металлургии применяют, как правило, при производстве сталей и сплавов сложного химического состава. Это обусловлено тем, что в индукционных печах при отсутствии электродов и электрических дуг создаются благоприятные условия для получения металлов с низким содержанием углерода и растворенных газов при низком угаре легирующих добавок и точного регулирования температуры.

     Основной тип современных высокочастотных печей - печи без сердечник. В таких печах проводящая электрический ток шихта, помещенная в тигель печи, нагревается за счет теплового воздействия вихревых токов, наводимых в ней переменным магнитным полем. Источником электромагнитных возбуждений в индукционной печи служит индуктор-катушка, охватывающая тигель снаружи. Вместимость применяемых в сталеплавильном производстве индукционных печей определяется его масштабами и колеблется от 100 кг до 60т.

     Для получения металлических материалов особой чистоты, включая высококачественные стали и сплавы на основе железа, предназначенных для наиболее современных отраслей техники, в промышленную практику все больше внедряются вакуумные дуговые, электронно-лучевые и плазменные печи, а также печи зонн

© 2007 ООО Металл
Создание, веб дизайн, поддержка сайтов megagroup.ru