Производство стали в электропечах

Плавильные электропечи имеют пре­имущества по сравнению с другими плавильными агрегатами, так как в них можно получать высокую температуру металла, создавать окислительную, вос­становительную, нейтральную атмосфе­ру и вакуум, что позволяет выплавлять сталь любого состава, раскислять ме­талл с образованием минимального количества неметаллических включе­ний—продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных спла­вов и сталей.

Плавильные электропечи бывают ду­говыми и индукционными.

Дуговая плавильная печь питается трехфазным переменным то­ком и имеет три цилиндрических эле­ктрода 9 из графита. Электрический ток от трансформатора кабелями 7 подводится к электрододержателям 8, а через них - к электродам 9 и ванне металла. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга, электроэнергия превращается в теплоту, которая переда­ется металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжение 160-600 В, сила тока 1-10 кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически путем перемещения электродов. Сталь­ной кожух 4 печи футерован огнеупор­ным кирпичом 1. Подину 12 печи набивают огнеупорной массой. Пла­вильное пространство ограничено стен­ками 5, подиной 12 и сводом 6 из огнеупорного кирпича. Для управления ходом плавки имеется рабочее окно 10 и летка для выпуска готовой стали по желобу 2 в ковш.

Печь загружают при снятом своде. Механизмом 11 печь может наклонять­ся в сторону загрузочного окна и летки. Вместимость этих печей 0,5-400 т.

Рис.8 Схема дуговой плавильной печи

В основной дуговой печи можно осуществить плавку двух видов: на шихте из легированных отходов (ме­тодом переплава) и на углеродистой шихте (с окислением примесей).

Плавку на шихте из легированных отходов ведут без окисления примесей. Шихта для такой плавки должна иметь меньше, чем в выплавляемой стали, марганца и кремния и низкое содер­жание фосфора. По сути это переплав. Однако в процессе плавки примеси (алюминий, титан, кремний, марганец, хром) окисляются. Кроме этого, шихта может содержать оксиды. После расплавления шихты из металла удаляют серу, наводя основной шлак, при необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического со­става. Затем проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак мелкораздробленные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Так выплавляют леги­рованные стали из отходов машиностроительных заводов.

Плавку на углеродистой шихте при­меняют для производства конструкци­онных сталей. В печь загружают шихту: стальной лом (90%), чушковый пере­дельный чугун (до 10%), электродный бой или кокс для науглероживания металлов и известь (2-3%). Затем электроды опускают и включают ток; шихта под действием электродов пла­вится, металл накапливается на подине печи. Во время плавления шихты кис­лородом воздуха? оксидами шихты и окалины окисляются железо, крем­ний, фосфор, марганец, частично уг­лерод. Оксид кальция из извести и ок­сида железа образует основной железис­тый шлак, способствующий удалению фосфора из металла.

После нагрева металла и шлака до температуры 1500-1540°С в печь за­гружают руду и известь и проводят период «кипения» металла; происходит дальнейшее окисление углерода. Когда содержание углерода будет меньше за­данного на 0,1%, кипение прекращают и удаляют из печи шлак. Затем при­ступают к удалению серы и раскислению металла, доведению химического состава до заданного.

Для определения химического состава металла берут пробы и при необ­ходимости в печь вводят ферросплавы для получения заданного химического состава металла, после чего выполняют конечное раскисление стали алюминием и силикокальцием и выпускают металл из печи в ковш.

Индукционная тигельная плавильная печь состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 с металлической шихтой. Через индуктор от генератора высокой частоты проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500-2000 Гц). Ток создает перемен­ный магнитный поток, пронизывая кус­ки металла в тигле, наводит в них мощные вихревые токи (Фуко), нагре­вающие металл 1 до расплавления и необходимых температур перегрева. Тигель изготовляют из огнеупоров. Вместимость тигля 60 кг-25 т. Для уменьшения потерь теплоты печь имеет съемный свод 2.

Рис.9 Схема индукционной тигельной плавильной печи

Индукционные печи имеют преиму­щества перед дуговыми: в них отсут­ствует электрическая дуга, что позволя­ет выплавлять сталь с низким содер­жанием углерода, газов и малым уга­ром элементов; при плавке в металле возникают электродинамические силы, которые перемешивают металл в печи и способствуют выравниванию хими­ческого состава, всплыванию неметал­лических включений; небольшие раз­меры печей позволяют помещать их в камеры, где можно создавать любую атмосферу или вакуум. Однако эти печи имеют малую стойкость футеров­ки, и температура шлака в них недо­статочна для протекания металлурги­ческих процессов между металлом и шлаком. Эти преимущества и недо­статки печей обусловливают возмож­ности плавки в них; в индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом пере­плава или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления.

При загрузке тщательно подбирают химический состав шихты в соответст­вии с заданным, а необходимое коли­чество ферросплавов для получения заданного химического состава металла загружают на дно тигля вместе с ших­той. После расплавления шихты на поверхность металла загружают шла­ковую смесь для уменьшения тепловых потерь металла и уменьшения угара легирующих элементов, защиты его от насыщения газами.