Конструкция и параметры дуговых сталеплавильных печей

Основным фактором, определяющим главные конструктивные особенности существующих дуговых сталеплавильных печей, является способ загрузки металлического лома.

Существуют два способа загрузки шихты: через рабочее окно мульдами; сверху через открытый свод загрузочными корзинами или бадьями.

Загрузка сверху обладает несомненными преимуществами, поэтому загрузка мульдами осталась на некоторых заводах в старых цехах, преимущественно литейных. Как правило, печи с загрузкой мульдами имеют небольшую емкость. Они устанавливаются на опорные сектора, которые крепят непосредственно к кожуху печи. При загрузке сверху печь монтируют на несущей люльке, которая опирается на секторы. Портал (устройство для подъема и опускания свода печи) может крепиться на люльке вместе с печью или опираться на отдельные секторы.

В зависимости от схемы опор на фундамент, печи с загрузкой сверху подразделяют на четыре типа:

- печи с выкатным корпусом; в печах этого типа механизмами, укрепленными на портале, свод приподнимается, а корпус расположенного на фундаменте печи, выкатывается в сторону печного пролета под загрузку или для ремонта футеровки;

- печи с откатным порталом, который перемещается для загрузки или ремонтных целей либо в сторону печного, либо в сторону разливочного пролетов; откат портала осуществляется с помощью электромеханического привода по специальным рельсам – направляющим;

- печи с наклоняющимся сводом, приподнятый свод наклоняется вместе с порталом в сторону разливочного пролета;

- печи с отворачивающимися сводами; приподнятый свод вместе со стойками и полупорталом поворачивается в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси на 80 – 90ᵒ, открывая рабочее пространство, в таких печах полупортал монтируют на люльке вместе с печью или он опирается на отдельный сектор.

В настоящее время большинство ДСП – печи с отворачивающимися сводами. Для удобства организации работ в цехе дуговые сталеплавильные печи изготавливают в левом или правом исполнении, что позволяет группировать вспомогательное оборудование на две печи. Исполнение печи определяется расположением токоподвода от шин трансформатора до электрододержателей, если смотреть на печь со стороны сливного желоба.

Печь устанавливается в цехе на фундамент (отметка О) и опирается на него наклоняющейся платформой (люлькой). На платформе установлены корпус печи, подъемно-поворотная система свода и электродов, ДСП бывают правого и левого исполнения в зависимости от расположения трансформатора относительно корпуса печи при виде со стороны выпуска стали.

Механическое оборудование ДСП различается:

1. В зависимости от способа выпуска

- с помощью эркера (наклон 15ᵒ на слив металла и 10-12ᵒ на слив шлака)

- через сливной носок чайникового и сифонного типов (40-45ᵒ на слив металла и 10-12ᵒ на слив шлака)

2. В зависимости от способа загрузки шихты

- с отворотным сводом

- с выкатным корпусом

3. В зависимости от способа подвески свода

- на портале.

Применяется в печах с выкатным корпусом.

- на полупортале.

Два вариантата по способу подъема свода:

а) свод поднимается и поворачивается вместе с порталом и неподвижен относительно портала; б) свод поднимается относительно портала, а портал не поднимается, а только поворачивается

- на сводовой консоли (вилке) т.е. без портала

4. По типу приводов

-гидравлический

- электромеханический

Рассмотрим современную конструкцию эркерной беспортальной ДСП с отворотным сводом и гидроприводами основного мехоборудования.

Рисунок 1.2 – Конструкция современной дуговой сталеплавильной печи:

1 - фундамент; 2 - наклонная платформа; 3 - корпус печи; 4 - свод печи; 5 - графитированные электроды; 6 - рукава электрододержателей; 7 - подъемно-поворотный механизм свода и электродов;

Дуговая сталеплавильная печь представляет собой сложный агрегат, оснащенный большим количеством узлов и механизмов, основными из которых являются:

- днище печи;

- кожух печи;

- сводовое кольцо;

- опорная конструкция для установки кожуха;

- механизм наклона печи для слива металла и скачивания шлака;

- электрододержатели;

- механизмы зажима и передвижения электродов;

- механизм подъема свода

- механизм выката портала со сводом или корпуса печи или механизм отворота свода;

- устройство для электромагнитного перемешивания жидкого металла.

Кожух или каркас дуговой сталеплавильной печи служит для поддержания огнеупорной футеровки и крепления различных механизмов. По геометрии верхней части кожуха ДСП можно классифицировать на следующие виды:

- цилиндрические;

- цилиндроконические;

- бочкообразные.

Нижнюю часть кожуха печи делают в виде усеченного конуса или сферической. К верхней части кожуха приварено литое кольцо желобчатого типа, которое одновременно играет роль жесткой конструкции и служит песочным затвором печи.

В кожухе предусмотрены два отверстия для рабочего окна и сливного желоба. К нижней части кожуха крепится днище печи – сферическое, плоское или коническое. Наиболее рациональной формой днища является сферическая. На электропечах емкостью более 25 тонн обычно устанавливают устройство электромагнитного перемешивания стали. В этом случае днище печи делают из немагнитной стали. Так как обычная сталь, являясь магнитным экраном, ослабляет магнитное сцепление между статором перемешивающего устройства и ванной. Днище из немагнитной стали крепят к корпусу печи только болтами из-за разных коэффициентов теплового расширения конструкционной стали кожуха и немагнитной стали днища.

Свод ДСП закрывает сверху рабочее пространство и обеспечивает при эксплуатации печи:

- прием загрузочных корзин с металлошихтой путем открытия и последующего закрытия рабочего пространства с помощью подъемно – поворотного механизма;

- ввод электродов в печь через отверстия в центральной части;

- ввод сыпучих материалов в печь дополнительное отверстие;

- эвакуацию пылегазовой фазы из печи через газоотводящий патрубок в систему первичного газоудаления и газоочистки.

Свод ДСП включает следующие основные узлы:

- каркас, выполняющий также функцию коллекторов подачи и слива воды из панелей свода;

- периферийные водоохлаждаемые панели, включая специальную панель в области стыковки патрубка газоотсоса со сводом;

- центральную водоохлаждаемую обечайку, в которой устанавливается съемная центральная часть с отверстиями под электроды;

- центральная часть, выполненная, как правило, из керамических материалов;

- газоотводящий (сводовый) патрубок, служащий для эвакуации пылегазовой фазы из печи.

Сводовое кольцо дуговой сталеплавильной печи служит для формирования огнеупорами свода печи, а также для снятия и перемещения свода при завалке печи. В последнее время кроме того служит для крепления водоохлаждаемых секций свода.

Своды на малых и средних печах – обычно распорной конструкции. На крупных печах – распорно - подвесной конструкции с подвеской центральной части.

Как правило сводовое кольцо водоохлаждаемое. К нему приваривается снизу по периметру нож песочного затвора для улучшения герметизации рабочего пространства печи при закрытом своде.

В середине свода имеются:

- три отверстия для прохода графитированных электродов, центры которых лежат на окружности с центром в центре свода;

- одно отверстие для отвода газов из рабочего пространства печи;

- одно или несколько отверстий для фурм, подающих кислород (при оснащении печи кислородными фурмами).

Механизм подъема свода дуговой сталеплавильной печи предназначен для подъема свода на 120 - 150 мм при выкате ванны или отвода или отворота свода для загрузки шихты или ремонте печи и на 40 – 50 мм при вращении корпуса во время расплавления шихты.

Существуют три конструктивные схемы механизма подъема свода:

- для подвижного портала – механизм устанавливается на портале, который после подъема свода откатывается в сторону рабочей площадки;

- для неподвижного портала – механизм устанавливается на неподвижном портале, после подъема свода печь выкатывается на рабочую площадку;

- на поворотном полупортале – механизм закреплен на мощном поворотном полупортале.

Состоит как правило из одного или двух электромоторов, соответствующего числа редукторов и двух систем соединения редукторов с цепями подъема свода. Свод на цепях подвешен в четырех точках.

Механизм наклона дуговой сталеплавильной печи предназначен для наклона печи в сторону сталевыпускного отверстия на угол до 45ᵒ для слива металла и шлака в конце плавки и для наклона печи в сторону рабочей площадки на угол до 15ᵒ при скачивании шлака или сходе его из печи самотеком.

Требования к механизму наклона печи:

- должен обеспечивать плавный наклон с регулируемой скоростью;

- должен быть защищен от попадания брызг металла и шлака;

- должен обеспечить наклон печи в случае прорыва металлом подины.

Существуют два типа выполнения механизма:

- боковой;

- нижний.

Боковой лучше защищен от брызг металла и шлака и недоступен металлу при прорыве подины. Однако он очень чувствителен к перекосам в конструкции. Нижний тип механизма наиболее распространен.

По типу приводов механизмы наклона печи делятся тоже на два типа:

- с электромеханическим приводом;

- с гидравлическим приводом.

Гидравлический привод проще и надежнее в эксплуатации. В настоящее время он применяется на всех новых печах.

Механизм перемещения электрододержателей собран в общем корпусе, установленном на роликовый венец наклоняющейся платформы и может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Стойки электрододержателей перемещаются в вертикальной плоскости в системе направляющих роликов. Стойки выполнены телескопическими и являются плунжерами гидроцилиндров (на печи переем тока 3 стойки и 3 гидроцилиндра). Цилиндры запитаны от НАС.

Механизм подъема свода пристыкован к механизму перемещения электрододержателей и представляет собой гидроцилиндр с подъемным штоком. Шток выполнен на конус, который входит в зацепление с гнездом сводовой консоли.

Раскрытие рабочего пространства ДСП для загрузки шихты бадьями производится путем подъема и поворота свода с электрододержателями и электродами.

Поворот механизма производится специальным гидроцилиндром, шток которого прикреплен на шарнире тангенциально главному подшипнику системы подъемно - поворотного механизма свода и электрододержателей.

Возможен только поворот электрододержателей для замены свода. При этом свод лежит на корпусе печи, а поворот осуществляется при нижнем положении подъемного штока.

Основные характеристики подъемно- поворотного механизма свода и электрододержателей печи:

- ход подъема свода 300-500 мм

- угол поворота свода до 105 град

- Скорость подъема свода 50 мм/с

- скорость подъема электрододержателей технологическая 120 мм/с, форсажная 300 мм/с.

- время отворота свода 20с.

Механизм подъема-поворота (МПП)

Работа механизма подъема-поворота.

Режим загрузки печи.

- шток гидроцилиндра подъема свода, который в верхней части выполнен коническим, перемещается в верхнее положение (ход 400мм), входит в гнездо на консоли (вилке) свода и поднимает свод. При этом свод (его масса в 120-т ДСП составляет 42-45 т) благодаря конструктивным особенностям вилки опирается частично на шток гидроцилиндра, а частично на основание гидроцилиндра, т.е на МПП.

- электрододержатели с электродами перемещаются в верхнее положение с помощью своих гидроцилиндров, чтоб электроды вышли из свода.

МПП вместе со сводом и системой электрододержателей и электродами поворачивается на 90 град на главном подшипнике башни специальным гидроприводом, который представляет собой гидроцилиндр, размещенный на наклоняющейся платформе под рабочей площадкой печи, шток которого тангенциально воздействует на МПП.

После загрузки печи бадьей с ломом МПП отрабатывает в обратной последовательности.

Режим замены свода или центральной части свода.

- шток гидроцилиндра подъема свода опускается в нижнее положение, выходя из зацепления с гнездом на консоли (вилке) свода.

МПП вместе с системой электрододержателей и электродами поворачивается на 90ᵒ на главном подшипнике башни специальным гидроприводом, который представляет собой гидроцилиндр, размещенный на наклоняющейся платформе под рабочей площадкой печи, шток которого тангенциально воздействует на МПП.

Свод остается лежать, опираясь на корпус печи, и готов к операциям замены свода или центральной части свода мостовым краном печного пролета.

После ремонтных работ МПП отрабатывает в обратной последовательности.

Схема электропитания дуговой сталеплавильной печи состоит из следующих частей:

силовая цепь – от высоковольтного выключателя до электродов ДСП;

- аппаратура автоматической защиты, сигнализации и управление масляными выключателями;

- автоматы регулирования мощности;

- контрольно – измерительная аппаратура;

- питание и управление вспомогательными механизмами.

Силовая цепь предназначена для подвода электрического тока к электродам ДСП и состоит из:

- высоковольтной части

- низковольтной части.

Высоковольтная часть силовой цепи состоит из:

- разъединителей,

- главного масляного выключателя,

- дросселя с шунтирующим его маслянным выключателем,

- первичной обмотки печного трансформатора

- переключателей напряжения.

Низковольтная часть силовой цепи состоит из:

- вторичной обмотки печного трансформатора,

- короткой сети,

- электродов,

- электрических дуг.

Короткая сеть служит для передачи электроэнергии от вторичной обмотки трансформатора к электродам. Включает:

- пакет медных шин от трансформатора к точкам закрепления гибких токопроводов (шинный мост). Необходимы для компенсации линейного (во время плавления и при завалках шихты) и углового (при отвороте свода) перемещения электрододержателей с электродами. Выполняются из медных кабелей как неохлаждаемых (малые печи), так и водоохлаждаемых изолированных. Из кабелей набирают гирлянды для обеспечения протекания необходимого тока. Мощные кабели делают полыми, что обусловлено поверхностным эффектом протекания тока;

- токопроводы на электрододержателях. Обычно выполняют из медных или алюминиевых водоохлаждаемых труб с толщиной стенки 10-15 мм.

При силе тока десятки тысяч ампер, активное и особенно индуктивное сопротивление сети является определяющей для всей цепи по электрическому КПД. Потери энергии в короткой сети достигают 40% общих электических потерь печной установки. Допускаемая сила тока в неохлаждаемых медных шинах 1,5 А/мм², в гибких токопроводах 2,3-3 А/мм², в водоохлаждаемых 3-3,5 А/мм². В алюминиевых шинах величина допустимого тока 0,8 А/мм².

Процесс плавки в ДСП складывается из двух периодов: плавление и нагрев (интенсивная технология в большой металлургии) и трех периодов: плавление, окислительный, восстановительный (классическая технология, в малой металлургии). Периоды отличаются потреблением энергии. Мощность трансформатора полностью используется в период плавления и на 50-80% в остальные периоды.

На первичной обмотке трансформатора имеются отводы и переключатель. С его помощью можно изменять коэффициент трансформации, а следовательно и напряжение на вторичной обмотке. В период плавления работают на максимальной ступени напряжения (длинные дуги), а в жидкий период плавки – на более низкой ступени (короткие дуги, которые легче экранировать вспененным шлаком).

Регулирование электрического режима предполагает стабилизацию определенной величины полезной мощности, выделяющейся в дугах и осуществляется при помощи автоматических регуляторов.

Оптимальный электрический режим устанавливают на основе анализа зависимостей продолжительности плавления, удельного расхода электроэнергии и коэффициента мощности с учетом тепла экзотермических реакций и ГКГ (газокислородной горелки).

Электроды предназначены для подачи электрического тока в рабочее пространство печи к электрической дуге. Электроды дуговой сталеплавильной печи работают в крайне тяжелых условиях. Поэтому к материалу для изготовления электродов предъявляют ряд специфических требований. Они должны иметь достаточную механическую прочность при низких и высоких температурах; иметь высокую электропроводность; обладать стойкостью против окисления в рабочем пространстве печи и вне ее, обеспечивать надежный контакт в головках электрододержателей и местах соединения секций электрода, иметь невысокую стоимость. Удовлетворяют таким требованиям в настоящее время только электроды из углеродистого материала. В подавляющем большинстве случаев на дуговых сталеплавильных печах применяют графитированные электроды круглого сечения. Качество графитированных электродов и способ подвода к ним электрического тока определяют в значительной степени величину электрических потерь печной установки, часто достигающую 10% от подводимой к печи мощности. Небольшие печи, снабженные трансформаторами невысокой мощности, работают на сравнительно небольших токах (менее 40 кА), что позволяет использовать на них сравнительно недорогие электроды обычного качества. Дуговые печи сверхвысокой мощности работают на очень больших токах. Для таких печей используют специальные высококачественные электроды, обладающие низким электрическим сопротивлением, более плотные и прочные, способные выдерживать высокие токовые нагрузки и значительные механические усилия, возникающие при работе сверхмощной печи, и менее подверженные поломкам. Характеристики электродов приведены в табл. 1.1

Снижению расхода электродов способствуют уменьшение пористости и повышение объемной плотности; уменьшение содержания золы в электродной массе, повышающей электрическое сопротивление электродов; снижение удельного электрического сопротивления; увеличение предела прочности электродов на изгиб (прочность на изгиб - самая низкая прочностная характеристика электродов). Первые дуговые электропечи имели монолитные электроды, при работе с ними образовывалось большое количество огарков, которые не использовались металлургами. Очень быстро электропечи перешли на сборные наращиваемые электроды, которые можно использовать практически целиком. Современные непрерывно наращиваемые электроды имеют обработанные на токарных станках торцы, в которых по оси электрода выполнены отверстия с резьбой. В отверстие ввинчивают ниппель (на половину его длины), изготовленный из такого же материала, как и электроды. На выступающую из торца электрода другую половину ниппеля навинчивают следующий электрод. В результате получается свинченный электрод, или «электродная свеча». Ниппели и отверстия для них могут быть цилиндрическими или коническими. Для удобства транспортировки и эксплуатации электроды изготавливают длиной 1000...2700 мм, поэтому работающая электродная «свеча» состоит из двух и более секций, соединенных ниппелями. Электроды небольшого диаметра обычно делают с цилиндрическими отверстиями и ниппелями, среднего и большого диаметра – с коническими отверстиями и ниппелями. По ТУ 1911-109-052-2003 отечественные электроды диаметром до 200 мм включительно и ниппели к ним изготовляют с цилиндрической резьбой; электроды диаметром более 200 мм и ниппели к ним - с конической резьбой. В связи с высокой стоимостью шихтовых материалов и сложной энергоемкой технологией изготовления, цена высококачественных графитированных электродов велика. При большом расходе электродов доля затрат на электроды в себестоимости стали может быть значительной (в отдельных случаях до 8 ÷ 10% ).

Таблица 1.1 Параметры графитированных электродов

Электрометаллурги (ученые, конструкторы, эксплуатационники) должны стремиться уменьшить расход электродов на 1 тонну выплавляемой стали. Для улучшения технико-экономических показателей производства электростали большое значение имеют мероприятия по снижению расхода электродов. Расход их зависит от многих факторов: качества электродов; конструкции печи, применения газокислородных горелок и других средств интенсификации плавления шихты; технологии плавки; качества применяемого лома; параметров газоулавливающих устройств и т.д. Поэтому в настоящее время величина расхода электродов на 1 т выплавляемой стали колеблется в широких пределах: от 1,6 ÷ 2,8 кг в современных сверхмощных печах и до 4 ÷ 6 кг в небольших электропечах отечественных фасонно- литейных цехов.

Суммарный расход электродов на плавку обычно определяется тремя статьями:

1) расход рабочих концов электрода или эрозия торцов электродов, т. е. испарение (сублимация) графита в зоне горения дуги и растворение графита в шлаке (или металле);

2) расход боковой электродной поверхности (окисление графита с боковой поверхности электродов);

3) так называемый промежуточный расход электродов (потери в виде неиспользуемых огарков и вследствие поломок).

При работе печей малой мощности расход рабочих концов электродов составляет 30 % общего расхода, окисление с боковой поверхности – 55 ÷ 60, промежуточный расход – 10 ÷ 15%. В сверхмощной печи, при общем расходе электродов 4 кг на I т стали, расход рабочих концов составлял 50 %, окисление с боковой поверхности - 40 и промежуточный расход - 10% общего расхода. В современных сверхмощных дуговых печах, использующих альтернативные источники тепла для ускорения расплавления шихты и подготовленную шихту, распределение общего расхода электродов по статьям выглядит следующим образом: расход рабочих концов – 65 ÷ 70%, окисление с боковой поверхности – 25 ÷ 30, промежуточный расход - 5 ÷ 10%.

Практика эксплуатации дуговых сталеплавильных печей показала, что общий расход электродов хорошо коррелируется с общим расходом электроэнергии: с увеличением расхода электроэнергии возрастает и расход электродов. Поэтому любые организационно-технические мероприятия, способствующие снижению общего расхода электроэнергии на плавку, уменьшают и расход электродов (уменьшение продолжительности заправки, завалки, выпуска, использование альтернативных источников тепла, отказ от рафинирования металла в печи, совмещение плавления и окислительного периода и т.д.). Промежуточный расход электродов за счет поломок огарков электродов и потерь при остановках печи на ремонт может быть уменьшен при использовании подготовленной шихты, рациональной шихтовке плавки, рациональном размещении шихты в рабочем пространстве печи, рациональном электрическом режиме плавки, применении быстродействующих автоматических регуляторов электрического режима, устранении обвалов шихты во время плавления, осторожном обращении с электродами в процессе транспортировки и складировании.

В последние годы значительная часть металлургических предприятий России осуществила коренную перестройку своего электросталеплавильного производства: установлены современные сверхмощные дуговые печи, освоена современная технология плавки с использованием альтернативных источников тепла, применяется внепечная обработка стали и т.д. Это позволило выйти на современный уровень расхода электродов (2,0 кг на 1 т стали и менее). При таком низком расходе электродов, как в нашей стране, так и за рубежом снизился интерес к некоторым способам уменьшения расхода электродов, считавшимися перспективными (мероприятия по уменьшению расхода электродов за счет окисления боковой поверхности и, в частности, использование защитных покрытий, водоохлаждаемых комбинированных электродов и т.д.). Однако вопрос снижения расхода электродов за счет их поломок нельзя считать решенным в полной мере. Поломки электродов в дуговых сталеплавильных печах можно разделить на два вида: поломки на стадии первоначального зажигания электрической дуги и вследствие обвала шихты на стадии проплавления колодцев. Борьба с последним видом заключается в повышении быстродействия регулятора мощности, которое влияет на быстроту ликвидации эксплуатационного короткого замыкания, вызванного падением куска шихты в проплавленный колодец, и улучшение механических свойств электродов , качества ниппельного соединения.. Кроме механических свойств электродов на их целостность оказывает существенное влияние параметры шихты.

Меры, применяемые для снижения потерь графитированных электродов:

- увеличение длины дуг и уменьшение общего времени плавки стали в печи под током для снижения эрозии электродов;

- герметизация печи и особенно приэлектродного пространства в своде для препятствия взаимодействия с воздухом;

- использование защитных покрытий из алюминия, ферросилиция, силикокальция и других веществ на боковых поверхностях графитированных электродов;

- использование водоохлаждаемых комбинированных электродов (длина водохлаждаемой части от 1/3 до 1/2 от длины свечи);

- использование полых электродов.

Электрододержатели дуговой сталеплавильной печи (ДСП) предназначены для удержания электродов на заданной высоте и для подвода к ним электрического тока.

Требования к конструкции электрододержателей дуговых сталеплавильных печей:

- должна обеспечивать надежное удержание электродов при всех эволюциях печи;

- должна обеспечивать минимальные электрические потери в месте контакта с графитированным электродом;

- должна обеспечить возможность перепуска электродов по вертикали;

- должна быть достаточно жёсткой для исключения прогиба под тяжестью электрода и возникновения вибрации.

Электрододежатель дуговой сталеплавильной печи включает рукав (горизонтальную часть), вертикальную стойку и головку с зажимным устройством. Зажимное устройство состоит из пневматического привода, пружины хомута и прижимной колодки. На головке, в печах современных конструкций, установлена система спрейерного охлаждения электродов. Пневмопривод находится внутри головки. В рабочем режиме колодка прижата и удерживает электрод силой пружины. Пневмопривод отжимает пружину, освобождая электрод.

Устройство электромагнитного перемешивания жидкого металла в дуговой сталеплавильной печи предназначено для перемешивания металла и шлака после расплавления для активизации физико-химических процессов, выравнивания температуры и состава металла по объему ванны и для облегчения операции скачивания шлака из печи.

Сущность электромагнитного перемешивания заключается в том, что при помощи располагаемого под днищем печи устройства в ванне жидкого металла наводятся индукционные токи. Взаимодействие токов с электромагнитным полем, которое создается устройством, вызывает появление электродинамических эффектов, приводящих нижние слои металла в движение.

Известны два способа электромагнитного перемешивания:

- при помощи поля, создаваемого вращающимся электромагнитом (ротором) – не нашел широкого применения, так как возникающее движение металла в печи носит неуправляемый характер;

- при помощи «бегущего» поля, создаваемого неподвижным электромагнитом «статором».

Подготовка дуговой сталеплавильной печи к плавке или заправка ДСП. Жидкоподвижные нагретые шлаки сильно разъедают футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи вовремя не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, то она может быть повреждена дугами. Поэтому перед началом плавки производят ремонт – заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла. На поврежденные места подины и откосов – места перехода подины в стены печи – забрасывают сухой магнезитовый порошок.

Заправка ДСП состоит из следующих операций:

- осмотр печи;

- удаление остатков шлака и металла;

- ремонт огнеупорной футеровки.

Основные причины для удаления остатков шлака и металла:

- систематическое накопление остатков шлака на подине приводит к ее зарастанию и уменьшению объема ванны;

- смешиваясь с заправочными материалами, шлак понижает их огнеупорность и способствует размягчению футеровки при высоких температурах;

- остатки металла препятствуют проведению качественного ремонта подины, а также ухудшают свариваемость заправочных материалов с футеровкой;

- остатки металла на подине также недопустимы при переходе на выплавку стали другой марки, при смене марки выплавляемой стали остатки металла могут явиться причиной непопадания в заданный состав металла, например по никелю, хрому, молибдену и т. д.

Остатки шлака и металла удаляют металлическими скребками вручную. Это очень тяжелая операция, тем более, что ее выполняют под прямым тепловым излучением футеровки и по возможности быстро, пока шлак и металл не застыли, а футеровка достаточно разогрета для сваривания с заправочным материалом. В случае сильного зарастания подины для восстановления прежних размеров ванны специально назначается плавка стали неответственного назначения, выплавляемой с полным окислением. На подину заваливают руду и в окислительный период проводят интенсивное кипение, что приводит к размыву футеровки и восстановлению первоначальных размеров ванны.

После удаление остатков шлака и металла печь тщательно осматривают, подину прощупывают железным штырем и выявляют все поврежденные участки футеровки печи.

Подину и откосы заправляют сухим магнезитовым порошком, а места их наибольших повреждений - порошком, смешанным с жидким стеклом. Наиболее пригоден для заправки специальный мелкозернистый порошок с размером зерна 0 - 1,5 мм без включений извести и доломита (белые и серые зерна). В состав заправочных смесей иногда включают размолотый, бывший в употреблении магнезитовый кирпич. Для заправки печей, в которых выплавляют хромистые стали, в состав заправочных смесей может входить хромистая руда и молотый хромомагнезитовый кирпич. После ремонта подины для ее закрепления следует провести плавку без окисления при сравнительно низкой тепловой нагрузке.

Заправку печей небольшой емкости осуществляют, как правило, вручную лопатами, передний откос заправляют специальной ложкой. Для заправки средних и крупных печей используют заправочные машины. В рабочее пространство печи машины опускают краном сверху либо вводят через рабочее окно.

Лучшие результаты получены при горячих ремонтах с использованием огнеупорной массы, подаваемой в печь торкрет-машинами.

Огнеупорная масса, которая используется в заправочных машинах должна:

- хорошо прилипать к горячим стенкам,

- быстро высыхать и спекаться,

- иметь высокую прочность.

В качестве огнеупорной массы в заправочных машинах используют смесь из порошков магнезита, обожженного доломита и хромовой руды с добавлением связующих добавок: глины, хроматов, боратов, щелочных силикатов. Общие рекомендации при назначении сортамента выплавляемой стали в зависимости от состояния футеровки печи: - к концу срока службы футеровки нельзя назначать выплавку стали, осуществляемую с повышенной тепловой нагрузкой по температурному режиму или по продолжительности, - при значительном расхождении состава металла предыдущей и предстоящей выплавок нужно назначить плавку стали промежуточного состава, - выплавку легированной конструкционной стали можно производить начиная с третьей, а стали ответственного назначения - с пятой плавки после полного ремонта футеровки печи,

Вязкость шлака является важнейшим из динамических свойств, которое определяет массообменные процессы. Повышенная вязкость шлака затрудняет тепло- и массоперенос в шлаке, вызывает замедление всех процессов нагрева и рафинирования металла, приводит к излишнему угару раскисляющих и легирующих присадок, уменьшает выход годной стали. Вязкость шлака зависит от его температуры и состава. Компонентами шлака, резко повышающими его вязкость, прежде всего, являются МgО (более 10–12%) (в результате «подрыва» набивки подины). и Сr₂О₃ (более 5–6%).

Для получения стали в электропечах (электроплавки) необходимы следующие шихтовые материалы:

- металлическая часть,

- шлакообразующие,

- науглероживатели,

- окислители,

- раскислители

- легирующие

Основу шихты для электропечей составляет металлический лом: на 1 т выплавляемой в электропечах стали расходуется ~950 кг лома. Примерно треть этого количества составляют брак, литейные отходы, обрезь слитков, отходы при прокатке и ковке, а также стружка от обдирки слитков, т.е. собственные отходы металлургических заводов. Остальная часть складывается из отходов, возвращаемых заводами-потребителями, и лома, собранного отделениями предприятиями сборщиками лома.

Кроме того, в ограниченных количествах используется специально выплавляемая шихтовая заготовка — мягкое железо, а также передельный чугун и губчатое железо в виде металлизованных окатышей.

К регламентируемым показателям качества металлошихты во всем мире относят, прежде всего, такие факторы, как определенность химического состава, насыпная плотность и габаритные размеры отдельных составляющих шихты. Определенные требования предъявляют и к фракционному составу металлошихты. Наличие такого рода требований обусловлено тем, что шихта высокой насыпной плотности, имеющая стабильный оптимальный размер кусков, позволяет ограничиться лишь одной подвалкой, исключив тем самым необходимость второй подвалки с соответствующим отключением печи, отводом свода с электродами и т.д. Это, в свою очередь, позволяет существенно форсировать плавку. От фракционного состава используемой металлошихты зависят технико-экономические показатели работы плавильного агрегата, в том числе угар металла, определяющий выход жидкого (годного) металла. На всех современных печах загрузку шихты осуществляют сверху при помощи загрузочной бадьи. Старые печи загружают, пользуясь мульдами. При загрузке печи бадьями всю шихту загружают в один - два приема и независимо от емкости печи длительность загрузки составляет 5 - 10 мин. Длительность завалки мульдами зависит от насыпной плотности шихты и емкости печи. Завалка мульдами печи емкостью 40 тонн продолжается 40 ÷ 50 мин. Быстрая завалка позволяет сохранить тепло, аккумулированное кладкой печи, в результате чего сокращается продолжительность плавления, уменьшается расход электроэнергии и электродов и увеличивается стойкость футеровки. При завалке сверху порядок укладки шихты в бадье предопределяет расположение ее в печи. Оптимальный порядок загрузки бадьи:

- на дно бадьи загружают небольшое количество легковесного мелкого лома, стружку для предохранения подины от ударов крупных падающих кусков;

- наиболее крупную шихту догружают вперемежку с шихтой средних размеров в центральную часть бадьи так, чтобы в печи крупные куски оказались непосредственно под электродами;

- по периферии бадьи распределяют куски средних размеров,

- сверху засыпают легковесный и мелкий лом для быстрого погружения электродов в начале плавления и исключения прямого воздействия дуг на футеровку стен.

Такая последовательность загрузки бадьи обеспечивает наиболее плотную укладку шихты в печи, что важно для стабильного горения дуг. С одной стороны – присутствие в шихте под электродами крупных кусков замедляет проплавление колодцев и исключает возможность погружения электродов до подины раньше, чем накопится слой жидкого металла, защищающий подину от прямого воздействия дуг. Но с другой стороны возрастает вероятность поломки электрода.

Для достижения оптимальной укладки шихта должна состоять:

- 35 ÷ 40 % – крупный лом;

- 40 ÷ 45 % – средний лом;

- 15 ÷ 20 % – мелкий лом.

Легирующие элементы надо располагать таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная скорость их плавления и минимальный угар. Тугоплавкие металлы, такие как ферромолибден или ферровольфрам, следует загружать в центральную часть бадьи; легкоплавкие металлы, например никель, которые в зоне дуг интенсивно испаряются – ближе к откосам.

Нелегированный (углеродистый) лом не должен быть загрязнен цветными металлами (свинцом, цинком, оловом и др.), особенно никелем, медью и мышьяком, которые практически полностью переходят из шихты в металл и могут существенно влиять на его свойства. Нежелательно также, чтобы в углеродистых отходах содержалось >0,05% Р, так как удаление таких количеств фосфора увеличивает продолжительность окислительного периода, поэтому металлический лом должен быть отделен от лома цветных металлов и рассортирован по происхождению.

Отходы легированных сталей должны быть рассортированы в группы марок, близких по составу, и храниться отдельно от других отходов. Отходы сложнолегированных сталей следует хранить помарочно.

Металлический лом должен иметь определенные габариты. Мелкий лом, как правило, более окислен, замусорен и загрязнен маслом. Значительная окисленность лома не позволяет точно оценить долю угара металла, в результате этого состав готовой стали может не соответствовать заданному. Разложение в зоне дуг ржавчины (гидрата оксида железа) и масла приводит к появлению в атмосфере печи атомарного водорода, интенсивно поглощаемого металлом.

Малая насыпная плотность мелкого лома не позволяет завалить в печь всю шихту в один прием, вследствие чего после расплавления первой порции шихты приходится производить подвалку. Это снижает производительность печи и увеличивает потери тепла.

Особые трудности представляет переплав стружки. Длинная витая стружка затрудняет загрузку; как правило, она сильно загрязнена маслом и уже на месте получения смешивается с отходами стали других марок, а часто и со стружкой цветных металлов. По этим причинам стружку следует переплавлять, и электросталеплавильным цехам поставлять изготовленные из нее болванки с известным химическим составом. Стружка, поставляемая непосредственно в электросталеплавильные цеха, должна быть спрессована и обожжена.

Нежелательно, чтобы в шихте были чрезмерно крупные куски (бракованные слитки, недоливки и т. п.). В дуговой печи можно расплавлять крупногабаритный лом, но продолжительность плавления при этом увеличивается, длительное время приходится работать на высокой мощности, что снижает стойкость футеровки.

Для получения стали некоторых марок в состав шихты вводят предварительно выплавленную заготовку. Чаще всего эта заготовка представляет собой низкоуглеродистую сталь с ограниченным содержанием углерода, фосфора и серы, т. е. мягкое железо, полученное методом плавки на свежей шихте. Мягкое железо намного дороже углеродистого лома и его использование повышает себестоимость стали. Введение в шихту мягкого железа может быть оправдано только технологическими затруднениями при выплавке стали заданного состава.

Для плавки стали в дуговых печах все более широкое применение находит губчатое железо в виде металлизированных окатышей (90— 95 % Fe_общ, 85—90 % Fe_мет). Преимуществами применения губчатого железа вместо скрапа и лома являются:

- однородность и надежность контроля химического состава,

- низкое содержание цветных металлов,

- возможность непрерывной автоматической загрузки в печь,

- повышение производительности печи,

- уменьшение уровня шума во время плавления.

Эти преимущества компенсируют недостатки использования губчатого железа — повышение расхода электроэнергии, роста расхода извести для нейтрализации пустой породы губчатого железа и, следовательно, увеличение количества шлака в печи.

Топливно-кислородные горелки. Для того чтобы ускорить плавление лома в холодных местах рабочего пространства и не затягивать наступление момента полного плавления лома и получения активной по всей поверхности шлаковой ванны применяют дополнительную энергию топливо-кислородных горелок. Горелки включают сразу же после завалки. Суммарная продолжительность работы горелок зависит от физических свойств загруженного скрапа, и колеблется от 15 до 20 минут, что обычно составляет 20-35% времени плавки. Считается, что средний термический КПД горелок равен 50-60%. Тем не менее, для печей с высоким потреблением электроэнергии преимущество использования горелок состоит не в частичном замещении электроэнергии факелом, а в том, что шихта расплавляется одновременно во всем рабочем пространстве печи. Обычно топливом служит природный газ. Для сжигания 1 м³ газа требуется около 2 м³ кислорода.

При использовании горелок продолжительность плавления и расход электроэнергии снижаются на 15—20 %, хотя общий расход топлива на плавку несколько увеличивается. Положительный экономический эффект достигается главным образом в результате увеличения производительности печи и уменьшения удельного расхода электродов.

Водоохлаждаемые топливно-кислородные горелки в рабочее пространство вводят либо тангенциально и под углом к горизонту 15° через отверстия в стенах, либо через свод

Схема расположения боковых (а) и сводовых (б) газокислородных горелок

Тангенциальное расположение менее удобно, так как горелки быстро забрызгиваются шлаком. Сводовые горелки в окислительный период используют как фурмы для вдувания кислорода. Высокая концентрация энергии в дуговых печах с топливно-кислородными горелками вызывает интенсивный износ огнеупорной футеровки, поэтому наиболее эффективно применение этих горелок на печах с водоохлаждаемыми панелями.

При выплавке стали в основных дуговых печах для образования основного шлака используют:

- известь,

- известняк,

- плавиковый шпат,

- шамотный бой

- песок.

Наиболее важной составляющей шлаковых смесей является известь, которую получают обжигом известняка в шахтных печах при 1100—1300 °С.

Для выплавки высококачественной стали используют только свежеобожженную известь. При хранении известь интенсивно поглощает влагу из воздуха с образованием гидрооксида кальция Са(ОН)₂, который рассыпается в порошок. Влага, внесенная известью в печь, вызывает обогащение стали водородом, поэтому применение пылеватой извести (так называемой «пушонки») в электропечах недопустимо.

Для уменьшения вязкости высокоосновных шлаков применяют плавиковый шпат (СаF₂), песок и шамотный бой. Особенно сильно понижает вязкость СаF₂.

Использование СаF₂ позволяет разжижать высокоосновные шлаки без уменьшения их основности, что особенно важно для эффективного удаления серы. Широко применяемый для наводки шлака плавиковый шпат обычно содержит 90—95% СаF₂, < З, 0% SiO₂ и < 0,2% S.

Вместо извести в окислительный период можно использовать необожженный известняк. Применяют известняк, содержащий > 97% СаСО₃ (> 54% СаО). Известняк не гигроскопичен, его можно хранить длительное время. Разложение СаСО₃ в электропечи вызывает выделение пузырей СО₂, которые обеспечивают перемешивание металла и шлака и способствуют дегазации металла. Недостатком применения известняка вместо извести является дополнительная затрата электроэнергии на разложение СаСО₃.

Песок понижает температуру плавления основных шлаков, но при этом уменьшается основность шлака, поэтому в основных печах песок имеет ограниченное применение, в то время как в кислых он является главным шлакообразующим материалом. Основное требование, предъявляемое к песку, - высокое (> 95%) содержание SiO2. При выплавке нержавеющих сталей и для разжижения густых магнезиальных шлаков иногда используют бой шамотных огнеупоров, содержащих 60% SiO2 и 35% Al2O3.

Для стабилизации пенообразования шлака в практике электроплавки предусмотрены следующие технологические приемы:

-ввод в шлак порошкообразных извести, известняка или доломита;

-поддержание содержания FeO в шлаке на определенном уровне (15-20%);

-контроль соотношения CaO /SiO₂ в шлаке на уровне 2,5;

-ограничение температуры шлака.

Ввод дисперсного углерода производится, например, сжатым воздухом прямо в шлак через керамическую трубу, встроенную в футеровку стены печи, фурмой манипулятора либо специальными стационарными фурмами, установленными в окнах водоохлаждаемых стеновых панелей. После внедрения инжекционной технологии удельная производительность печей увеличилась до 180 т/ч, а расход энергоносителей и материалов на плавку снизился. Так, например, из-за быстрого вспенивания шлака уменьшился расход огнеупоров.

Как показывает практика, за счет электродинамических воздействий, вдувания кислорода через фурмы и кипения металла не обеспечивается стабильно высокая интенсивность перемешивания расплава в ходе плавки в трехфазной электропечи. Поэтому, «технологического» перемешивания обычно недостаточно, чтобы устранить температурную неоднородность в начале плавки, когда крупные куски лома находясь в контакте с «холодным» расплавом. Кроме того, известно, что в отсутствии интенсивного кипения стали (начало и завершение плавления) температура верхних слоев металла и шлака намного (до 100-150°С) превышает среднюю температуру жидкой стали. Дополнительное перемешивание проводится, как правило, путем продувки инертным газом через пористые пробки, установленные в подине печи, что позволяет в ходе всей плавки обеспечить усреднение температуры и состава жидкой ванны. При этом, как результат, ускоряются химические процессы рафинирования, стабилизируется уровень содержания растворенного в стали кислорода и FeO в шлаке. Интенсификация окисления газообразным кислородом позволяет быстро повысить температуру металла до заданной. Однако при продувке кислородом возможен перегрев металла, что отрицательно влияет на состояние футеровки, ухудшает условия дефосфорации и может привести к увеличению в металле содержания азота.

Для интенсификации окислительных процессов в металл необходимо вводить кислород. Источниками кислорода служат

- железная руда,

- окалина,

- агломерат,

- газообразный кислород.

Железную руду применяют при выплавке стали методом полного окисления. Присадка руды небольшими порциями обеспечивает длительное равномерное кипение металла без повышения температуры металла, так как присаживаемая руда постоянно охлаждает металл. Это имеет особое значение для эффективного удаления фосфора.

Руду вводят во время завалки и в окислительный период. Руда, присаживаемая в окислительный период через шлак, должна быть в кусках определенного размера, желательно 50 - 110 мм в диаметре, так как мелкая руда растворяется в шлаке, а крупные куски вызывают бурное вспенивание металла и шлака. Руда должна удовлетворять и требованиям по химическому составу, т. е. содержать много оксидов железа и мало кремнезема, серы и фосфора.

Иногда вместо руды используют агломерат и окалину от проката. Окалина от проката углеродистых сталей является наиболее чистым окислителем, но вследствие малой плотности она задерживается в шлаке и плохо усваивается металлом.

Для интенсификации окисления углерода во время окислительного периода плавки на свежей шихте, а также для быстрого повышения температуры металла, окисления избыточного углерода и сопутствующих примесей при переплаве легированных отходов широко применяют продувку металла кислородом.

Газообразный кислород чистотой ~ 99,5% подают в ванну под давлением 1 - 1,2 МПа, Основным требованием, предъявляемым к газообразному кислороду, является низкое содержание влаги (< 1 г/м³), поэтому перед продувкой кислород должен быть осушен в специальных поглотителях влаги.

Технология плавки в дуговых печах определяется составом выплавляемой стали и предъявляемыми к ней требованиями, а также качеством шихты. В зависимости от этих факторов технология плавки даже в одной печи может быть существенно различной. Существуют две основные разновидности технологии плавки легированной стали:

- на углеродистой или «свежей» шихте;

- переплав легированных отходов.

Углеродистая шихта характеризуется повышенным содержанием углерода, фосфора, серы и отсутствием или незначительным количеством легирующих элементов. Для передела такой шихты в качественную сталь требуется проведение специального окислительного периода, в течение которого окисляются углерод, фосфор, кремний, хром, марганец, ванадий и др. Наличие окислительного периода является характерной особенностью технологии плавки на свежей шихте, поэтому она называется еще плавкой с полным окислением.

Плавка высококачественной стали на свежей шихте включает следующие периоды:

- заправку;

- загрузки шихты;

- плавления;

- окислительный;

- восстановительный.

- выпуск

Выплавка рядовой стали, а также высококачественной с внепечной обработкой проводится по упрощенной технологии под одним шлаком с интенсивным использованием кислорода и характеризуется отсутствием восстановительного периода. Проведение всех периодов плавки позволяет удалить из металла вредные примеси - фосфор и серу. Окисление углерода в окислительный период вызывает кипение ванны и способствует дегазации металла (удалению растворенных в нем водорода и азота), поэтому плавка с полным окислением позволяет получать из рядовой шихты качественную сталь. Недостатком этого метода плавки является потеря некоторых содержащихся в шихте легирующих элементов (хрома, ванадия и др.) и большая продолжительность плавки.

При плавке методом переплава процесс ведется без окислительного периода, в результате чего некоторые из содержащихся в шихте легирующих элементов не окисляются и остаются в стали. Это позволяет полнее использовать легирующие элементы, содержащиеся в отходах, и уменьшить расход ферросплавов.

Однако отсутствие окислительного периода затрудняет удаление фосфора, поэтому для плавки методом переплава требуется чистая по фосфору шихта. Кроме того, отсутствие кипения ванны не позволяет удалять в течение плавки растворенные газы, что требует принятия дополнительных мер для их удаления.

На плавках методом переплава для ускорения нагрева металла, понижения в нем содержания углерода и растворенных газов часто применяют продувку кислородом. В результате экзотермических реакций кислорода с железом, кремнием и углеродом температура ванны быстро повышается, хром и другие легирующие элементы при этом окисляются незначительно, а выделяющийся СО ускоряет удаление газов. Такую разновидность технологии переплава называют плавкой с частичным окислением.

Обработка загруженной в дуговую печь твердой шихты начинается со стадии расплавления, на этой стадии в печи зажигается дуга и начинается расплавление шихты под электродами. По мере расплавления шихты электрод опускается вниз, образуя колодцы. Особенностью стадии расплавления является неспокойное горение электрической дуги. Низкая устойчивость дуги объясняется низкой температурой в печи. Переход дуги с одной части шихты на другие, а также многочисленное обрывание дуги, называется эксплуатационными короткими замыканиями, которые вызываются обвалами и перемещениями проводящих кусков шихты. Другие стадии обработки металла находятся в жидком состоянии и характеризуются спокойным горением дуг. Однако требуется широкий диапазон оперативного регулирование и высокая точность поддержания мощности, вводимой в печь. Регулирование мощности обеспечивает требуемый ход металлургической реакции.

Особенности технологического процесса требуют от дуговой печи:

- способности быстро реагировать на эксплуатационные короткие замыкания и обрывы дуги, быстро восстанавливать нормальный электрический режим, ограничивать до допустимых пределов токи эксплуатационных замыканий;

- гибкость управления мощностью, вводимой в печь.

Возможные способы регулирования электрического режима ДСП:

- Изменение подводимого напряжения.

- Изменение сопротивления дуги, т.е. изменение ее длины.

В современных установках используются оба способа. Грубая регулировка режима осуществляется переключением ступеней вторичного напряжения трансформатора, точная – с помощью механизма перемещения электродов. Управление механизмами перемещения электродов осуществляется с помощью использования автоматических регуляторов мощности (АРМ).

Автоматические регуляторы мощности дуговых печей должны обеспечивать:

- автоматическое зажигание дуг;

- автоматическое устранение обрывов дуги и эксплуатационного короткого замыкания;

- быстродействие около 3 секунд при устранении обрывов дуги и эксплуатационного короткого замыкания;

- апериодический характер процесса регулирования;

- возможность плавно изменять мощность, вводимую в печь, в пределах от 20-125% от номинальной и поддерживать ее с точностью 5%;

- остановку электродов при исчезновении напряжения питания.

Апериодический характер процесса регулирования необходим, чтобы исключить опускание электродов в жидкий металл, что может науглеродить его и испортить плавку, а также исключить поломку электродов при контакте их с твердой шихтой. Выполнение этого требования обеспечивает защиту от перечисленных выше режимов при аварийном или рабочем отключении печи.

Окислительный период

Задача окислительного периода плавки состоит в следующем:

а) уменьшить содержание в металле фосфора до 0,01-0,015%;

б) уменьшить содержание в металле водорода и азота;

в) нагреть металл до температуры близкой к температуре выпуска (на 120 - 130 ⁰С выше температуры ликвидуса).

Кроме того, за время периода окисляют углерод до нижнего предела его содержания в выплавляемой стали. За счет кипения (выделения пузырьков СО при окислении углерода) происходит дегазация металла и его перемешивание, что ускоряет процессы дефосфорации и нагрева.

Окисление примесей ведут, используя либо железную руду (окалину, агломерат), либо газообразный кислород.

Окислительный период начинается с того, что из печи сливают 65-75% шлака, образовавшегося в период плавления. Шлак сливают не выключая печь, наклонив её в сторону рабочего окна на 10-15⁰. Слив шлака производят для того, чтобы удалить из печи перешедший в шлак фосфор. Удалив шлак, в печь присаживают шлакообразующие: 1-1,5% извести и при необходимости 0,15-0,25% плавикового шпата, шамотного боя или боксита.

После формирования жидкоподвижного шлака, в течение всего окислительного периода ведут продувку кислородом; печь для слива шлака в течение периода наклонена в сторону рабочего окна. Присадка руды вызывает интенсивное кипение ванны – окисляется углерод, реагируя с окислами железа руды с выделением большого количества пузырьков СО. Под воздействием газов шлак вспенивается, уровень его повышается и он стекает в шлаковую чашу через порог рабочего окна. Новую порцию руды присаживают, когда интенсивность кипения металла начинает ослабевать. Общий расход руды составляет 3-6,5% от массы металла. С тем, чтобы предотвратить сильное охлаждение металла, единовременная порция руды не должна быть более 0,5-1%.

В течение всего окислительного периода идет дефосфорация металла.

Для успешного протекания дефосфорации необходимы высокие основность шлака и концентрация окислов железа в нем, а также пониженная температура.

Эти условия создаются при совместном введении в печь извести и руды.

Из-за высокого содержания окислов железа в шлаках окислительного периода условия для протекания реакции десульфурации являются неблагоприятными и десульфурация получает ограниченное развитие: за все время плавления и окислительного периода в шлак удаляется до 30-40% серы, содержащейся в шихте.

При кипении вместе с пузырьками СО из металла удаляются водород и азот. Этот процесс имеет большое значение для повышения качества электростали, поскольку в электропечи в зоне электрических дуг идет интенсивное насыщение металла азотом и водородом. В связи с этим электросталь обычно содержит азота больше, чем мартеновская и кислородно- конвертерная сталь.

Кипение и перемешивание обеспечивает также ускорение выравнивания температуры металла и его нагрев. За время окислительного периода необходимо окислить углерода не менее 0,2-0,3% при выплавке высокоуглеродистой стали и 0,3-0,4% при выплавке средне- и низкоуглеродистой стали.

Шлак в конце окислительного периода имеет примерно следующий состав, %: 35-50 CaO; 10-20 SiO2; 4-12 MnO; 6-15 MgO; 3-7 Al2O3; 6-30 FeO; 2-6 Fe2O3; 0,4-1,5 P2O5. Содержание окислов железа в шлаке зависит от содержания углерода в выплавляемой марке стали; верхний предел характерен для низкоуглеродистых сталей, нижний – для высокоуглеродистых.

Окислительный период заканчивается тогда, когда углерод окисляется до нижнего предела его содержания в выплавляемой марке стали, а содержание фосфора снижено до 0,010-0,015%. Период заканчивают сливом окислительного шлака. Полное скачивание окислительного шлака необходимо, чтобы содержащийся в нем фосфор не перешел обратно в металл во время восстановительного периода.

Основными задачами восстановительного периода являются:

- раскисление (удаление кислорода) металла;

- удаление серы;

- корректировка химического состава металла;

- регулирование температуры металла;

- подготовка к выпуску высокоосновного жидкоподвижного шлака

Первой целью восстановительного периода является частичное удаление кислорода из металлического расплава. Почему мы говорим «частичное»?

Потому, что в зависимости от того, какую сталь мы собираемся получить на выпуске из печи – кипящую, полуспокойную или спокойную, зависит количество удаляемого из расплава кислорода. Для кипящей стали – это минимальное количество, для спокойной – это максимальное количество.

В технологии плавки стали известны два типа раскисления:

- диффузионное раскисление,

- осаждающее или глубинное раскисление.

Осаждающее раскисление – это снижение содержания растворенного кислорода в жидком металле за счет ввода элементов, обладающих сродством к кислороду выше, чем у железа: Mn, Si, Al. При этом образуется новая фаза – неметаллические включения типа МехОу.

(эндогеннные)

Диффузионное раскисление – процесс снижения концентрации кислорода в расплаве стали за счет взаимодействия со специальным шлаком. Содержание кислорода в шлаке значительно ниже, чем содержание, соответствующее состоянию равновесия с металлом. Поэтому, кислород переходит диффузионным путем из расплава металла в шлак.

Для получения шлака с низкой концентрацией кислорода материалы - раскислители (кокс, ферросилиций, силикокальций, алюминий) в виде порошков присаживают на шлак. Углерод, кремний, кальций и алюминий в шлаке восстанавливают оксиды железа, марганца и хрома; в печи создается восстановительная атмосфера. Понижение содержания оксидов железа в шлаке вызывает переход кислорода из металла в шлак.

Для раскислення стали и ее легирования в дуговой сталеплавильной печи раскислители и легирующие элементы применяют в чистом виде или в виде сплавов.

Сплавы, применяемые в качестве раскислителей и легирующих, должны удовлетворять следующим требованиям:

- Максимальное содержание основного легирующего элемента в сплаве. При низком содержании легирующих элементов возрастает масса присадки, что увеличивает продолжительность ее проплавления, повышает расход электроэнергии и снижает производительность печи. Для более быстрого растворения ферросплавов тугоплавких металлов (ферровольфрама и ферромолибдена) желательно иметь более низкое их содержание в сплаве.

- Минимальное количество в сплаве вредных для стали примесей, шлаковых включений и газов. Это особенно важно потому, что значительную часть их присаживают в печь лишь к концу плавки, когда рафинирование ванны уже закончено.

- Определенный размер кусков сплавов. Наличие крупных кусков увеличивает продолжительность их растворения.

При диффузионном раскислении отсутствует углеродное кипение, так как содержание кислорода в металле быстро снижается и практически достигает равновесного с углеродом, содержащимся в металле.

Диффузионное раскисление проводят с использованием следующих видов шлака:

-белый шлак, получаемый в результате раскисления высокоосновного шлака вначале углеродом, а потом кремнием;

-белый шлак, получаемый в результате раскисления высокоосновного шлака только кремнием;

-карбидный шлак, получаемый за счет раскисления высокоосновного шлака только углеродными материалами с образованием в шлаке карбида кальция СаС2 (> 2 % СаС2);

-магнезиально – кремнеземистые и магнезиально – глиноземистые шлаки.

Для получения белого шлака в начале восстановительного периода его обрабатывают порошком кокса, а затем смесью порошков кокса и 75 % -ного ферросилиция, причем количество кокса в смеси постепенно уменьшается. После выдержки в течение 25— 40 мин шлак светлеет (в нем понижается содержание оксидов железа, марганца, хрома). При остывании такой шлак рассыпается в белый порошок, поэтому такие шлаки получили название «белый».

Белые шлаки используют для диффузионного раскисления при выплавке низкоуглеродистых, конструкционных и высоколегированных сталей. Среднеуглеродистые стали подвергаются диффузионному раскислению под белыми и слабокарбидными шлаками (1,0 - 1,5 % СаС₂).

Карбидные шлаки используются при выплавке высокоуглеродистых сталей.

Магнезиально – кремнеземистые и магнезиально – глиноземистые шлаки используются при выплавке хромистых и хромоникелевых сталей и сталей с особыми физическими свойствами.

Достоинства диффузионного раскисления стали:

- снижение содержания кислорода в стали без образования в металле неметаллической фазы – получение чистого металла;

- препятствует поступлению кислорода из атмосферы печи.

Недостатки диффузионного раскисления стали:

- значительные затраты времени (удаление кислорода происходит в диффузионном режиме в отсутствии естественного перемешивания металлической ванны);

- необходимость использования электромагнитного перемешивания металла для ускорения процесса;

- сравнительно невысокая (по отношению к глубинному) эффективность снижения содержания кислорода в металле;

- науглероживание металла - выдержка под белым шлаком сопровождается увеличением количества углерода в металле на 0,02 - 0,04%, под слабокарбидным - на 0,03 - 0,06%, под карбидным - до 0,1 %;

- переход в состав металла других элементов, использовавшихся для раскисления шлака.

Роль диффузионного раскисления уменьшается с увеличением емкости печи, так как вместе с этим уменьшается удельная поверхность контакта металла со шлаком, что замедляет диффузионный обмен между ними, поэтому для интенсификации раскисления целесообразно, особенно в крупных печах, вводить раскислители непосредственно в жидкий металл. Этим способом можно в течение нескольких минут удалить из металла кислорода больше, чем за 1,5—2,0 ч диффузионного раскисления.

Осаждающее раскисление заключается в вводе в жидкий металл элементов, имеющих сродство к кислороду выше чем у железа и образующих прочные нерастворимые в металле оксиды.

Задачами осаждающего раскисления являются:

- снижение растворимости кислорода присадками элементов - раскислителей, характеризующихся большим химическим сродством к кислороду, чем железо, до уровня, обеспечивающего получение плотного металла;

- создание условий для возможно полного удаления образующихся продуктов раскисления из жидкой стали.

По увеличению раскислительной способности элементы можно расположить в следующей последовательности: Ni, Fе, Cr, V, Мп, C (при РСО=1 атм.), Si, Ti, Zr, Аl, РЗМ, Mg, Ca, Ba. В этом ряду каждый последующий элемент является раскислителем по отношению к предыдущему.

Требования к раскислителю:

-быстрое растворение в металле;

-высокая термодинамическая прочность оксидов, получаемых при раскислении металла;

-большая скорость всплывания продуктов раскисления и хорошая их ассимиляция шлаком;

-низкая стоимость.

Десульфурация металла

Основные пути снижения серы в расплаве:

- использование чистых по сере шихтовых материалов,

- проведение десульфурации чугуна, если он используется для выплавки стали,

- проведение операции десульфурации стали при ее выплавке,

- проведение внепечной десульфурации стали.

Условия, способствующие десульфурации стали шлаком:

- пониженная активность оксида железа в шлаке,

- повышенная активность извести в шлаке,

- повышенная температура,

- пониженная активность сульфидных соединений в шлаке.

Таким образом, на практике наиболее активно процесс десульфурации проходит в восстановительный период электроплавки, когда температура металла наиболее высокая. Для интенсификации этого процесса наводится высокоосновный (свободная СаО) раскисленный (низкое содержание оксида железа) белый или карбидный шлак, при этом чем выше его масса, тем больше степень десульфурации металла.

Корректировка химического состава стали

Одной из основных задач восстановительного периода является доводка плавки до заданного химического состава. В начале восстановительного периода сразу после образования шлакового покрова отбирают пробу металла для определения содержания углерода, марганца, хрома и никеля. При диффузионно-осадочном раскислении марганец вводят для получения нижнего предела заданного содержания, при этом учитывают, что некоторое количество марганца может восстановиться из оставшегося в небольшом количестве шлака окислительного периода.

Феррохром вводят в печь в начале восстановительного периода. При выплавке высокохромистых сталей феррохром перед присадкой необходимо нагреть до красного цвета в нагревательной печи. Это увеличивает производительность печи, уменьшает расход электроэнергии и способствует повышению стойкости футеровки.

Для корректировки содержания хрома после некоторой выдержки отбирают две пробы металла. Отбор двух смежных проб позволяет проверить правильность взвешивания шихты и уточнить число необходимых присадок. Содержание хрома необходимо корректировать с учетом количества углерода, которое проверяют в каждой пробе. В цехе, как правило, имеется феррохром разных марок - от безуглеродистого до углеродистого, содержащего 8 % С. Использование более дешевого, углеродистого феррохрома выгоднее, поэтому для корректировки лучше вводить углеродистый феррохром. Одновременно подбором соответствующей марки феррохрома корректируют и содержание углерода.

Корректировку содержания хрома в конце рафинирования низколегированных сталей разрешается производить на < 0,2 %, высокохромистых - на < 0,8 % и не позднее, чем за 10 мин до выпуска. Усвоение хрома составляет 95—98 %.

Никель обладает значительно меньшим сродством к кислороду, чем железо, и в ванне почти не окисляется. Основную часть никеля вводят во время завалки из расчета получения нижнего предела заданного его содержания. Корректировку содержания никеля необходимо производить как можно раньше, желательно в окислительный период. Это вызвано тем, что электролитический никель содержит водород, а гранулированный - влагу. Удалить вносимые никелем газы можно только в процессе кипения ванны, поэтому предварительную корректировку необходимо выполнить в окислительный период, а окончательную - не позже, чем за 10 мин до выпуска, и не более чем на 0,2 %. При выплавке некоторых специальных сталей корректировку проводят чистым электролитическим никелем. Усвоение никеля при выплавке стали составляет 98—100 %.

Практически не окисляется в ванне печей и молибден, поэтому на плавках с окислением ферромолибден вводят в период кипения из расчета получения в стали нижнего предела его содержания. На плавках стали с высоким содержанием молибдена его можно вводить во время завалки. Вместо ферромолибдена иногда используют порошок молибдена кальция СаМоО₄, который также можно вводить во время завалки или в начале окислительного периода. Из молибдата кальция молибден почти полностью восстанавливается железом, углеродом и другими элементами.

Легирование вольфрамом также следует проводить в начале восстановительного периода, а на высоколегированных вольфрамом сталях ферровольфрам лучше вводить во время завалки. Вследствие тугоплавкости ферровольфрама (tпл > 2000°С) его растворение продолжается довольно долго, поэтому окончательную корректировку необходимо закончить не позднее чем за 30 мин до выпуска при введении >0,20 % W и не позднее 20 мин - при меньших количествах.

Тяжелые металлы (ферромолибден и ферровольфрам) оседают на подину и для их лучшего усвоения необходимо интенсивное перемешивание металла. Усвоение вольфрама составляет ~90%.

Ванадий легко окисляется, поэтому феррованадий присаживают в восстановительный период в хорошо раскисленный металл не позднее чем за 15 мин до выпуска при введении 0,5 % V и не позднее чем за 30 мин при более значительных присадках.

Очень легко окисляется титан. Ферротитан присаживают в хорошо нагретый и раскисленный металл за 10 - 15 мин до выпуска. При выплавке нержавеющей стали, содержащей титан, перед присадкой ферротитана шлак обновляют, раскисляют порошком алюминия и принимают меры для устранения подсоса в печь атмосферного воздуха. Легирование металлическим титаном или 80 %-ным ферротитаном можно производить в ковше. Усвоение титана составляет ~ 50 %.

Одной из задач восстановительного периода является поддержание оптимальной температуры, обеспечивающей:

- эффективное раскисление металла,

- выделение неметаллических включений - продуктов раскисления,

- десульфурацию,

- возможность хорошо разлить сталь по изложницам.

К моменту скачивания окислительного шлака металл должен быть нагрет до температуры, несколько превышающей температуру выпуска. Во время скачивания шлака температура металла снижается; величина перепада зависит от продолжительности скачивания. Загрузка большого количества шлакообразующих и ферросплавов также требует тепла на расплавление.

Расход электроэнергии в восстановительный период 100—120 кВт-ч/т (напоминаем, что общий расход электроэнергии при плавки стали в ДСП составляет 410 кВт-ч для обычной ДСП). Нагрев металла контролируют термопарами погружения.

Длительность восстановительного периода определяется продолжительностью процессов образования раскислительного шлака, раскисления шлака и металла, десульфурации и легирования металла и в настоящее время составляет 60 - 120 мин. Для увеличения производительности печей эти процессы целесообразно интенсифицировать или проводить процессы раскисления, десульфурации и легирования в более простых агрегатах (например, в ковше).

Окончательное раскисление. За 3 - 5 мин до выпуска. для конечного раскисления в металл присаживают алюминий; можно алюминий давать в ковш. После раскисления алюминием до 70% всех неметаллических включений в стали составляет глинозем. Так как к моменту присадки алюминия в металле остается относительно мало кислорода, содержание включений глинозема в стали невелико.

Все большее применение в качестве конечного раскислителя находит силикокальций. Присаживают его в желоб во время выпуска металла из печи. До силикокальция металл уже раскислен алюминием и, следовательно, содержит мало кислорода.

Кальций - более эффективный раскислитель, чем кремний и алюминий.

Имеются данные, указывающие на то, что присадка силикокальция в высокораскисленную сталь влияет на количество, тип и распределение включений. Строчечные включения, например, превращаются в глобулярные.

Сталь, раскисленная силикокальцием, имеет меньше внутренних дефектов, более жидкотекуча, слитки ее обладают лучшей поверхностью, так как металл разливается без пленки.

Модифицирование металлов и сплавов представляет собой процесс воздействия на кристаллизацию металлического воздействия на кристаллизацию металлического расплава введением малых количеств редкоземельных и/ или щелочноземельных элементов, изменяющих макро- и микроструктуру, морфологию и распределение неметаллических включений.

- Модифицирование способствует улучшению технологических свойств металла и качества металлопродукции

- Общим для всех методов модифицирования является то, что эффект воздействия имеет свойство исчезать через определенный промежуток времени после выдержки расплава за счет перехода из термодинамически неровновесного состояния в равновесное

- Для получения наибольшего эффекта необходимо стремиться к реализации процесса модифицирования на поздних стадиях обработки стали.

Для сокращения продолжительности восстановительного периода рекомендуется ряд мероприятий:

- подготовка шлакообразующих и ферросплавов,

- механизация загрузки в печь,

- механизация перемешивания металла,

- обработка металла в ковше жидкими синтетическими шлаками, газами, порошкообразными материалами, вакуумирование.

Образование шлаков ускоряется, если шлакообразующие материалы подавать в печь в дробленом и предварительно перемешанном виде.

Наведение восстановительного шлака требует присадки большого количества плавикового шпата и извести; для 50-т плавки требуется около 2 т шлака. Забрасывание такого количества шлака осуществляется в крупных печах бросательными машинами ленточного типа.

Перемешивание металла электромагнитным устройством увеличивает скорость удаления серы и кислорода, быстрее растворяются легирующие добавки, лучше выравниваются температура и состав ванны. Перемешивающее устройство облегчает работу по скачиванию шлака. Продолжительность плавки сокращается. При отсутствии электромагнитного перемешивания ванну можно перемешивать аргоном.

Продолжительность восстановительного периода может быть существенно сокращена путем обработки металла шлаком во время выпуска в ковш. Перенесение рафинировочных операций в ковш также сокращает длительность восстановительного периода.

Некоторые нюансы выплавки стали в ДСП

В начальный период плавления скрапа, когда электроды опущены и под ними имеется озеро жидкого металла, важно, чтобы значительная часть излучаемого дугой тепла распространялась в скрап в горизонтальном направлении во избежание перегрева подины под электродами. Это условие реализуется при использовании дуги большей длины. По мере того, как возрастает прямая угроза перегрева боковых стенок печи, горизонтальную составляющую теплового потока следует уменьшить, укорачивая дугу и погружая ее в расплав. При этом тепловое действие дуги должно быть направлено вниз в ванну. По этой причине при наличии в печи жидкого металла предпочтительно работать на более короткой дуге.

Качество вспенивания шлака определяет теплоперенос от дуги к жидкой ванне, а его толщина, и свойства могут изменить расход энергии. Если дуга погружена в шлак на часть своей длины, то пропорциональное количество энергии, которая в первом случае терялась, передается расплавленной ванне. Поэтому контроль состояния шлака в ходе плавки приобретает весьма важное значение. В настоящее время разработаны системы непрерывного контроля качества вспенивания шлака, которые используют информацию об уровне шумовыделения, интенсивности излучения, амплитуд высших гармоник напряжения дуги и т. п.

Практика эксплуатации дуговых сталеплавильных печей показала, что с увеличением расхода электроэнергии возрастает и расход электродов. Поэтому любые организационно-технические мероприятия, способствующие снижению общего расхода электроэнергии на плавку, уменьшают и расход электродов (уменьшение продолжительности заправки, завалки, выпуска, использование альтернативных источников тепла, отказ от рафинирования металла в печи, совмещение плавления и окислительного периода и т.д.). Промежуточный расход электродов за счет поломок огарков электродов и потерь при остановках печи на ремонт может быть уменьшен при использовании подготовленной шихты, рациональной шихтовке плавки, рациональном размещении шихты в рабочем пространстве печи, рациональном электрическом режиме плавки, применении быстродействующих автоматических регуляторов электрического режима, устранении обвалов шихты во время плавления, осторожном обращении с электродами в процессе транспортировки и складировании.

Жидкоподвижные нагретые шлаки сильно разъедают футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи вовремя не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, то она может быть повреждена дугами. Поэтому перед началом плавки производят ремонт – заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла. На поврежденные места подины и откосов – места перехода подины в стены печи – забрасывают сухой магнезитовый порошок. Основные причины для удаления остатков шлака и металла:

- систематическое накопление остатков шлака на подине приводит к ее зарастанию и уменьшению объема ванны;

Шихта высокой насыпной плотности, имеющая стабильный оптимальный размер кусков, позволяет ограничиться лишь одной подвалкой, исключив тем самым необходимость второй подвалки с соответствующим отключением печи, отводом свода с электродами и т.д. Это, в свою очередь, позволяет существенно форсировать плавку. Кроме того, от фракционного состава используемой металлошихты зависят технико-экономические показатели работы плавильного агрегата, в том числе угар металла, определяющий выход жидкого (годного) металла. Быстрая завалка позволяет сохранить тепло, аккумулированное кладкой печи, в результате чего сокращается продолжительность плавления, уменьшается расход электроэнергии и электродов и увеличивается стойкость футеровки.

Правильная последовательность загрузки бадьи обеспечивает наиболее плотную укладку шихты в печи, что важно для стабильного горения дуг. С одной стороны – присутствие в шихте под электродами крупных кусков замедляет проплавление колодцев и исключает возможность погружения электродов до подины раньше, чем накопится слой жидкого металла, защищающий подину от прямого воздействия дуг. Но с другой стороны возрастает вероятность поломки электрода. Легирующие элементы надо располагать таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная скорость их плавления и минимальный угар. Тугоплавкие металлы, такие как ферромолибден или ферровольфрам, следует загружать в центральную часть бадьи; легкоплавкие металлы, например никель, которые в зоне дуг интенсивно испаряются – ближе к откосам.

Мелкий лом, как правило, более окислен, замусорен и загрязнен маслом. Значительная окисленность лома не позволяет точно оценить долю угара металла, в результате этого состав готовой стали может не соответствовать заданному. Разложение в зоне дуг ржавчины (гидрата оксида железа) и масла приводит к появлению в атмосфере печи атомарного водорода, интенсивно поглощаемого металлом. Малая насыпная плотность мелкого лома не позволяет завалить в печь всю шихту в один прием, вследствие чего после расплавления первой порции шихты приходится производить подвалку. Это снижает производительность печи и увеличивает потери тепла.

Интенсификация окисления газообразным кислородом позволяет быстро повысить температуру металла до заданной. Однако при продувке кислородом возможен перегрев металла, что отрицательно влияет на состояние футеровки, ухудшает условия дефосфорации и может привести к увеличению в металле содержания азота.

В отсутствии интенсивного кипения стали (начало и завершение плавки) температура верхних слоев металла и шлака намного (до 100-150°С) превышает среднюю температуру жидкой стали. Дополнительное перемешивание проводится, как правило, путем продувки инертным газом через пористые пробки, установленные в подине печи, что позволяет в ходе всей плавки обеспечить усреднение температуры и состава жидкой ванны. При этом, как результат, ускоряются химические процессы рафинирования, стабилизируется уровень содержания растворенного в стали кислорода и FeO в шлаке.

Сплавы, применяемые в качестве раскислителей и легирующих, должны удовлетворять следующим требованиям:

- Определенный размер кусков сплавов. Наличие крупных кусков увеличивает продолжительность их растворения.

Необходимо исключить опускание электродов в жидкий металл, что может науглеродить его и испортить плавку, а также исключить поломку электродов при контакте их с твердой шихтой.

Быстрая завалка позволяет сохранить тепло, аккумулированное кладкой печи, в результате чего сокращается продолжительность плавления, уменьшается расход электроэнергии и электродов и увеличивается стойкость футеровки.

Излучение длинных дуг может привести к перегреву футеровки свода и стен, поэтому в первые минуты рекомендуется применять более низкое напряжение. После образования колодцев дуги оказываются экранированными шихтой, что позволяет вести плавление при максимальных значениях напряжения и мощности.

Если шихта правильно подобрана и уложена, то расположенная сверху мелкая шихта быстро проплавляется и дуги погружаются в шихту, не оказав на футеровку заметного воздействия.

Присаживать очередную порцию руды и извести необходимо при уменьшении интенсивности кипения металла, вызванного предыдущей порцией. Введение крупных порций нежелательно, так как это может вызвать охлаждение металла и кипение будет слабым. Избыток в ванне непрореагировавшей руды при последующем повышении температуры может вызвать бурное окисление углерода и привести к выбросу металла и шлака из печи. Во избежание этого руду нужно присаживать так, чтобы скорость окисления углерода поддерживалась в пределах 0,4 - 0,6 %/ч в начале периода и 0,2 - 0,3 %/ч в конце.

Для уменьшения угара железа продувку ванны кислородом следует начинать после нагрева металла и проводить ее при включенной печи. После начала окисления углерода благодаря большому тепловому эффекту этой реакции температура металла быстро возрастает, поэтому в момент появления пламени печь необходимо отключить. При продувке кислородом возможен перегрев металла, что отрицательно влияет на состояние футеровки, ухудшает условия дефосфорации и может привести к увеличению в металле содержания азота.

Тугоплавкие оксиды хрома сильно понижают текучесть шлака и затрудняют процесс окисления фосфора, поэтому использование хромистых отходов на плавках с полным окислением нецелесообразно.

Ускорению расплавления шихты вне зоны действия дуги может способствовать применение топливно-кислородных горелок, работающих на природном газе или мазуте.

Науглероживание металла. Для этого на поверхность металла после скачивания окислительного шлака присаживают кокс или электродный бой и металл перемешивают. При этом усваивается 60 - 70 % углерода кокса и 70 - 80 % углерода электродного боя. Однако, такая операция нежелательна по трем причинам:

- она удлиняет весь процесс плавки, снижает эффективность использования агрегата и, таким образом, удорожает конечный продукт;

- при науглероживании поверхность металлической ванны остается открытым и металл быстро теряет тепло;

- при науглероживании с работающими дугами усиливается поглощение металлом газов за счет взаимодействия с возбужденными в электрической дуге атомами и молекулами газа.

Восстановительный шлак препятствует поступлению кислорода из атмосферы в металл, способствует удалению неметаллических включений - продуктов глубинного раскисления и десульфурации металла.

Десульфурации металла во время выпуска плавки способствует глубокое раскисление металла и шлака, формирование к выпуску жидкоподвижного высокоосновного шлака и слив металла вместе со шлаком мощной компактной струёй.

После раскисления алюминием 70—90 % всех включений в стали представлены глиноземом, который при прокатке образует строчки включений, ухудшающие свойства стали, особенно в поперечном направлении, поэтому иногда для окончательного раскисления применяют и другие раскислители: ферротитан, силикокальций и др. При раскислении силикокальцием преобладающими становятся глобулярные включения, благодаря чему улучшаются механические свойства образцов, вырезанных в поперечном направлении. Окончательное раскисление алюминием и силикокальцием можно проводить также в ковше, присаживая их на дно ковша перед сливом или под струю металла.

При диффузионно- осадочном раскислении марганец вводят для получения нижнего предела заданного содержания, при этом учитывают, что некоторое количество марганца может восстановиться из оставшегося в небольшом количестве шлака окислительного периода.

При выплавке высокохромистых сталей феррохром перед присадкой необходимо нагреть до красного цвета в нагревательной печи. Это увеличивает производи-тельность печи, уменьшает расход электроэнергии и способствует повышению стойкости футеровки.

Никель обладает значительно меньшим сродством к кислороду, чем железо, и в ванне почти не окисляется. Корректировку содержания никеля необходимо производить как можно раньше, желательно в окислительный период. Это вызвано тем, что электролитический никель содержит водород, а гранулированный - влагу.

Тяжелые металлы (ферромолибден и ферровольфрам) оседают на подину и для их лучшего усвоения необходимо интенсивное перемешивание металла.

Ванадий легко окисляется, поэтому феррованадий присаживают в восстановительный период в хорошо раскисленный металл не позднее чем за 15 мин до выпуска при введении 0,5 % V и не позднее чем за 30 мин при более значительных присадках.

При выплавке нержавеющей стали, содержащей титан, перед присадкой ферротитана шлак обновляют, раскисляют порошком алюминия и принимают меры для устранения подсоса в печь атмосферного воздуха.

Одной из задач восстановительного периода является поддержание оптимальной температуры, обеспечивающей

- эффективное раскисление металла,

- выделение неметаллических включений - продуктов раскисления,

десульфурацию,

- возможность хорошо разлить сталь по изложницам.

К моменту скачивания окислительного шлака металл должен быть нагрет до температуры, несколько превышающей температуру выпуска.

Во время скачивания шлака температура металла снижается; величина перепада зависит от продолжительности скачивания. Загрузка большого количества шлакообразующих и ферросплавов также требует тепла на расплавление.

Длительность восстановительного периода определяется продолжительностью процессов образования раскислительного шлака, раскисления шлака и металла, десульфурации и легирования металла.

Кальций - более эффективный раскислитель, чем кремний и алюминий.

Перенесение рафинировочных операций в ковш сокращает длительность восстановительного периода.

Отсутствие кипения металла делает невозможным удаление газа из металла.

При выплавке стали методом переплава особое внимание уделяют состоянию шихтовых материалов: они должны быть сухими, лом не проржавленным, шлакообразующие и легирующие добавки прокалены.

С учетом отсутствия окислительного периода, при выплавке стали методом переплава, производительность печи возрастает на 15 - 20 %. Кроме того, уменьшается расход электроэнергии, электродов, огнеупоров, раскислителей, шлакообразующих, снижется себестоимость стали.

Для уменьшения угара ванадия, хрома и вольфрама в шихту иногда вводят кремнистые отходы или ферросплавы. Окисление кремния протекает с большим выделением тепла, благодаря чему температура металла быстро возрастает и более дорогие хром, вольфрам и ванадий окисляются в меньшей степени.

Нецелесообразно использование высокохромистых отходов и на плавках с окислением, так как условия окисления углерода и хрома таковы, что даже при сравнительно низком содержании хрома (> 1,0 %) трудно окислить углерод, не окисляя при этом хром. Но сродство к кислороду у хрома и углерода с изменением температуры изменяется неодинаково: с повышением температуры сродство хрома к кислороду уменьшается в большей мере, чем сродство углерода. Таким образом, чем выше температура, тем до более низких концентраций можно окислить углерод (при одном и том же содержании хрома) без окисления хрома.

В процессе обезуглероживания высокохромистого расплава (при выплавке нержавеющих сталей методом переплава с окислением углерода) при обычных для сталеплавильной ванны температурах, окислить углерод до 0,1 % можно лишь при содержании хрома 3—4% и менее. Но уже при 1800°С таких концентраций углерода можно достичь при содержании хрома 8—10 %, а в присутствии никеля и при более высоком его содержании. Ранняя продувка, когда в печи много нерасплавившейся шихты, может вызывать значительный угар хрома, поэтому для уменьшения угара хрома продувку обычно начинают после расплавления 70 - 80 % шихты.

На печах средней и большой вместимости неорганизованные пылегазовые выбросы приводят к быстрому выходу из строя элементов и конструкций печи, расположенных над сводом.

Поиск по этому блогу

Блог Шиловых

Современная ДСП. Технология плавки.

- Модифицирование способствует улучшению технологических свойств металла и качества металлопродукции

- Для получения наибольшего эффекта необходимо стремиться к реализации процесса модифицирования на поздних стадиях обработки стали.

Комментарии

Отправить комментарий

Популярные сообщения из этого блога

влияние психологического климата в группе на учебную мотивацию

хроника студенческой жизни

управление собой