книги / Металлургические технологии

тем самым реакцию окисления углерода [С] + (FeO) = Fe + СО, а за­ тем на очень короткое время отключают подачу компонентов топли­ ва. В результате парциальное давление СО в печной атмосфере сни­ жается, и происходит взрывообразная активизация реакции окисле­ ния углерода. Шлак вспенивается и вытекает через рабочие окна в шлаковые чаши. При включении подачи компонентов топлива ме­ таллическая ванна «оседает».

Далее необходимо по возможности быстро провести операцию наведения свежего высокоосновного шлака. Для этого в печь добав­ ляют известь вместе с плавиковым шпатом в качестве разжижителя шлака. Быстрое формирование высокоосновного шлака (CaO/Si02 = = 3,0) позволяет дополнительно удалить из металла некоторое коли­ чество фосфора, а также и серы.

Далее проводят кипение ванны. Для этого на шлак подают же­ лезную руду или продувают ванну кислородом, активизируя реакции окисления углерода. Ванна «кипит». Как только интенсивность «ки­ пения» падает, в ванну подают новую порцию железной руды, обес­ печивая тем самым ровное «кипение».

При скрап-кислородном процессе ванну в период доводки про­ должают продувать кислородом. Поскольку количество плавильного шлака при ведении печи скрап-кислородным процессом довольно велико, активизация процессов окисления углерода поднимает его уровень выше уровня рабочих окон, и плавильный шлак самопроиз­ вольно вытекает из печи.

Последние 15 мин доводки проводят без каких-либо присадок в ванну. Этот период называют периодом «чистого кипения».

Период доводки завершают проведением предварительного рас­ кисления - для этого в жидкую сталь вводят ферромарганец и ферро­ силиций.

Легирование элементами первой группы (Си, Ni, Мо) можно проводить в любой удобный для металлурга период плавки. Легиро­ вание элементами второй группы возможно только после предвари­ тельного или окончательного раскисления в ковше.

7. Выпуск. При достижении требуемого состава и температуры проводят выпуск готовой стали из печи в сталеразливочный ковш. Выпускное отверстие (летка) мартеновской печи расположено в нижней части задней стенки по центру печи. Отверстие рассверли­ вают, и сталь по желобу вытекает в ковш. В ковше проводят оконча­ тельное раскисление и, при необходимости, легируют сталь элемен­ тами второй группы.

ГЛАВА 8. Электрометаллургия сталей

Электрометаллургия - способ производства сталей, при котором источником тепла для расплавления шихты и протекания физико­ химических процессов является электрическая энергия. В отличие от кислородно-конвертерного и мартеновского процессов выделение те­ пла при электроплавке не связано с потреблением окислителей. Это позволяет вести процесс в любой атмосфере: нейтральной, восстано­ вительной, окислительной. Кроме того, электрический нагрев металла может быть осуществлен при нормальном (атмосферном) давлении, а также при повышенном и пониженном давлении (в вакууме).

Регулирование состава и давления газовой фазы в широких пре­ делах дает возможность осуществлять более глубокую дефосфорацию и десульфурацию, удаление газов (дегазацию) и легирование.

По способу превращения электрической энергии в тепловую все электрические печи можно разбить на следующие группы: дуговые печи, печи сопротивления, индукционные, электронно-лучевые, плазменные и комбинированные.

В сталеплавильном производстве наибольшее применение нашли дуговые электропечи, работающие при атмосферном давлении.

8.1. Устройство дуговых электропечей

По типу используемого электрического тока печи делят на трех­ фазные, питаемые переменным током промышленной частоты (в Рос­ сии - 50 Гц), и однофазные, питаемые постоянным током, получаемым путем преобразования промышленного переменного тока в постоянный.

Плавку ведут в рабочем пространстве (рис. 8.2) ограниченном сверху куполообразным сводом 7, снизу - сферическим подом 6, с бо­ ков - стенками 2. Через отверстия в своде в рабочее пространство вво­ дят электроды 9, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх-вниз. Нагрев и плавление шихты осуществляется за счет тепла электрических дуг 5, возникающих между электродами и жидким металлом или твердой металлической шихтой.

Рис. 8.2. Схема рабочего пространства дуговой электропечи: 1 - свод; 2 - стенки; 3 - желоб; 4 - сталевыпускное отверстие; 5 - электриче­ ские дуги; 6 - под; 7 - рабочее окно; 8 - заслонка рабочего окна; 9 - графитизированные электроды

Выпуск готовой стали и шлака производят через сталевыпускное отверстие 4 по желобу 3 за счет наклона печи или через отверстие в подине печи (см. рис. 8.2). Рабочее окно 7 с заслонкой 8 предназна­ чено для контроля за ходом плавки, обслуживания подины и стенок, введения в печь различных добавок, в том числе газообразного ки­ слорода и углеродсодержащих порошков через стальные трубки, вводимые в рабочее окно манипулятором. На самых современных печах в рабочем окне монтируют от 3 до 7 топливно-кислородных горелок для дополнительного подогрева рабочего пространства. Это ускоряет плавление шихты и позволяет экономить электроэнергию.

Шихту в современные печи загружают бадьей с открывающимся днищем за один прием. В зависимости от способа открывания рабо­ чего пространства различают печи с поворотным сводом, с выкатным корпусом, с откатным сводом. Эти печи отличаются компоновкой и устройством механического оборудования.

На отдельных, ранее построенных печах завалку шихты про­ изводят мульдами через рабочее окно с помощью завалочной ма­ шины.

Футеровку пода печей изготавливают из высокоогнеупорного периклазового кирпича. Для кладки стен и свода используют периклазохромитовые огнеупоры (огнеупорность до 2000 °С), изготовляемые из хромита (хромовой руды) и спеченного магнезита. Главной состав­ ляющей этих материалов является оксид магния MgO (периклаз).

Электрооборудование трехфазных дуговых печей. Дуговые трехфазные электропечи - мощные потребители электроэнергии, по­ этому для уменьшения потерь электроэнергию подают к печам под высоким напряжением - от 6 до 220 кВ. Рабочее напряжение, пода­ ваемое на электроды, должно находиться в пределах 110...800 В. Упрощенная схема электрооборудования, обеспечивающего сниже­ ние напряжения до уровня рабочего и подвод тока к электродам, по­ казана на рис. 8.3.

Печная подстанция 4 подключена к линии высокого напряжения. В ней размещены печной трансформатор Тр и вспомогательное обо­ рудование. Печной трансформатор служит для преобразования элек­ троэнергии высокого напряжения в рабочее напряжение. Трансфор­ матор имеет устройство для переключения ступеней напряжения под нагрузкой для изменения мощности электрических дуг. В схеме пи­ тания электропечи устанавливают 2 трехфазных выключателя мощ­ ности 1В и 2В. Выключатель 1В служит для отключения печи при аварийных ситуациях, выключатель 2В является оперативным и слу­ жит для дистанционного отключения печи во время проведения раз­ личных технологических операций (завалке, скачивании шлака, вы­ пуске, присадке добавок).

Рис. 8.3. Схема электропитания дуговой электропечи: 1 - высоковольтное распределительное устройство; 2 - приборы защиты; 3 - высоковольтный кабель; 4 - печная подстанция; 5 - приборы учета и измерения; 6 - рабочее пространство печи; 7 - устройство для электромагнитного перемешивания; 1Р-ЗР - высоковольтные разъединители (безопасности); 1В - высоковольт­ ный выключатель защиты печи; 2В - оперативный выключатель; 1РЗ-ЗРЗ - заземляющие разъединители; ТН - трансформатор напряжения; Тр - транс­ форматор печной; Пр - низковольтные предохранители; 1ТТ-ЗТТ- токовые

трансформаторы

8.2. Электроды дуговых печей

На дуговых электропечах применяют графитизированные элек­ троды круглого сечения. Длина электродов составляет 2...3 м. Для получения необходимой общей длины их свинчивают в так называе­ мые свечи, используя для этого цилиндрические или конические ниппели (рис. 8.5).

Диаметр электродов зависит от емкости печи. Для трехфазных пе­ чей емкостью 100... 130 т использу­ ют электроды диаметром 610 мм;

Шдиаметр электрода для однофазных печей емкостью 130... 170 т равен

710 или 800 мм.

Сырьем для изготовления элек­ тродов служат графит, кокс и уголь.

15...30 сут, а затем подвергают графитизации при температуре 2600...2800 °С прямым пропусканием тока. После графитизации и охлаждения готовые электроды подвергают механической обработке.

Преобразование электрической энергии в тепловую в дуговых электропечах происходит в электрической дуге, которая горит между торцом электрода и поверхностью твердой шихты или жидкого ме­ талла. Дуга представляет собой поток электронов, ионов, паров ме­ талла и шлака. Температура дуги выше 3000 °С.

Для получения дуги концы электродов вначале приводят в со­ прикосновение друг с другом, а затем электроды разводят. При раз­ ведении электродов между ними возникает электрический разряд -

дуга. Электроны, эмитированные катодом (отрицательно заряженный электрод), непрерывно ускоряясь в электрическом поле, движутся к положительно заряженному электроду - аноду. На пути к аноду элек­ троны сталкиваются с электронейтральными молекулами или атома­ ми. При столкновении движущихся электронов с молекулами или атомами происходит ионизация последних, что приводит к возник­ новению ионов и вторичных электронов.

На дуговых электропечах постоянного тока горение дуги после ее возбуждения (возникновения) быстро стабилизируется. При горении дуг на трехфазных печах переменного тока графигизированный электрод в течение одного периода является попеременно то катодом, то анодом. Поэтому в начале периода плавления, когда дуга горит на поверхности твердой холодной шихты, ее поведение отличается высокой нестабиль­ ностью. Такая дуга является источником мощного шума 120... 130 дБ. По мере разогрева шихты и постепенного плавления горение становится более устойчивым, после полного расплавления горение стабилизирует­ ся. В месте контакта дуги с жидким металлом (пятне дуги) создаются чрезвычайно высокие температуры (примерно 3300 °С). От пятна дуги тепло передается в глубь металла теплопроводностью и вынужденной конвекцией вследствие перемешивания жидкого металла. Кроме того, тепло передается излучением станкам и своду печи.

Впятне дуги под действием высоких температур происходят ре­ акции диссоциации молекул водорода и азота и растворения атомов этих газов в жидком металле. В связи с этим сталь, выплавленная

вдуговых печах, обычно содержит азота и водорода больше, чем мартеновская и кислородно-конвертерная сталь. Поэтому необходи­ мо проведение специальных мероприятий с целью уменьшения со­ держания атомов этих вредных элементов в электросталях.

8.3.Технологии выплавки сталей

вдуговых электропечах

Вдуговых электропечах можно выплавлять любые виды сталей - от высокоуглеродистых низколегированных до безуглеродистых вы­ соколегированных, а также различные специальные сплавы.