Производство стали в электропечах

Электроплавильные печи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами, так как можно быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу или вакуум. В них можно выплавлять сталь и сплавы любого состава, более полно раскислить металл с образованием минимального количества продуктов раскисления — неметалллических включений. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных сталей ответственного назначения, высоколегированных, инструментальных, коррозионно-стойких (нержавеющих) и других специальных сталей и сплавов.

В дуговых электросталеплавильных печах в качестве источника теплоты используют электрическую дугу, возника;

Рис. 1.7. Схема дуговой электрической плавильной печи:

I — огнеупорный кирпич; 2 — желоб; 3 — кожух; 4 — шихта; 5 — стенка; 6 — свод; 7 — гибкий кабель; 8 — электрододержатель; 9 — электрод; 10 — окно;

II — механизм для наклона; 12 — подина ющую между электродами и металлической шихтой. Дуговая электросталенлавильная печь (рис. 1.7) питается трехфазным переменным током и имеет три цилиндрических электрода 9, изготовленных из графитированной массы.

Электрический ток от трансформатора гибкими кабелями 7 и медными шинами подводится к электрододержателям 8, а через них к электродам 9. Между электродами и металлической шихтой 4 возникает электрическая дуга, электроэнергия превращается в теплоту, которая передается металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжение 180— 600 В, сила тока 1 — 10 кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически путем вертикального перемещения электродов.

Печь имеет стальной сварной кожух 3, который изнутри футерован теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом У, (основным — магнезитовым, магнезитохромитовым или кислым — динасовым). Подина 12 печи набивается огнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6, имеющим отверстия для прохода электродов. В стенках печи имеются рабочее окно 10 (для управления ходом плавки) и летка — для выпуска готовой стали по желобу 2 в ковш.

Печь загружают при снятом своде. Механизмом 11 ее можно наклонять в сторону загрузочного окна и летки. Емкость дуговых электропечей 0,5—400 т. В металлургических цехах обычно используют дуговые электропечи с основной футеровкой, а в литейных цехах — с кислой.

Технико-экономические показатели в печах зависят от емкости печи и технологии плавки. Расход электроэнергии на 1 т стали зависит от емкости печи — с увеличением емкости он уменьшается. Например, для печи емкостью 25 т он составляет 750 кВт • ч, а для печи емкостью 100 т — 575 кВт • ч. Расход графитированных электродов составляет 6—9 кг/т выплавленной стали.

Электроиндукционная тигельная сталеплавильная печь (рис. 1.8) состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 с металлической шихтой. Через индуктор проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500—1000 кГц). Ток создает переменный магнитный поток, пронизывая куски металла в тигле, наводит в них мощные вихревые токи (токи Фуко), нагревающие металл 1 до расплавления и необходимых температур перегрева. Тигель емкостью 60—25 т может быть изготовлен из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупорных материалов. Для уменьшения потерь теплоты при плавке применяется съемный свод 2.

Индукционные печи имеют преимущества перед дуговыми печами:

• в них отсутствует электрическая дуга, что позволяет выплавлять металлы с низким содержанием углерода, газов.

Рис. 1.8. Схема индукционной тигельной сталеплавильной печи:

• 1 — металл; 2 — съемный свод; 3 — водоохлаждаемый индуктор; 4 — тигель и малым угаром элементов; это особенно важно при выплавке высококачественных сталей и сплавов;
• • при плавке в металле возникают электродинамические силы, которые перемешивают металл в печи и способствуют выравниванию химического состава, всплыванию неметаллических включений;
• • индукционные печи имеют небольшие габаритные размеры, что позволяет помещать их в закрытые камеры, в которых можно создавать любую атмосферу, а также вакуум.

Однако эти печи имеют малую стойкость футеровки, шлак в них нагревается теплотой металла и его температура оказывается недостаточной для интенсивного протекания металлургических процессов между металлом и шлаком.

Обычно в индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом переплава или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления. В большинстве случаев печи имеют кислую футеровку, основную же используют для выплавки сталей и сплавов с высоким содержанием марганца, никеля, титана и алюминия. Продолжительность плавки в индукционной печи емкостью 1 т около 45 мин. Расход электроэнергии на 1 т стали составляет 600—700 кВ • ч.

Вакуумная плавка в индукционных печах позволяет получать сталь и сплавы с очень малым содержанием газов и неметаллических включений, легировать сталь и сплавы любыми элементами. При вакуумной индукционной плавке индуктор с тиглем, дозатор шихты и изложницы помещают в вакуумные камеры, где плавят металл, вводят легирующие добавки и раскислители с помощью специальных механизмов без нарушения вакуума. Металл в изложницы разливают в вакууме или инертных газах под избыточным давлением. Заливку под давлением инертного газа проводят для повышения плотности слитков.