Новые методы выплавки стали

Все современные сталеплавильные агрегаты-конвертеры, мартеновские, электродуговые и другие печи – агрегаты периодического действия. В России и за рубежом растут масштабы работ в области создания рациональных конструкций сталеплавильного агрегата непрерывного действия (САНД) для увеличения производительности агрегатов, снижения эксплуатационных затрат, повышения качества и однородности продукции, уменьшения технологических отходов, лучшего использования добавочных материалов.

Проекты САНД включают много- и одностадийный процессы выплавки стали из чугуна. В многостадийных процессах САНД металл перемешается из одной емкости в другую или постепенно протекает из одной части агрегата в другую. При этом в каждой емкости или части агрегата происходит одна или несколько технологических операций, например, дефосфорация, десульфурация и раскисление. В одностадийных процессах все операции удаления примесей и превращения чугуна в сталь протекают одновременно или почти одновременно.

Переплавные процессы представляют собой различные способы переплава слитков обычной выплавки (в конвертере, дуговой электропечи и т. д.). Цель переплава – повышение качества металла. В промышленности переплавные процессы иногда называют спецметаллургией. К переплавным процессам относят переплав стали в вакуумной индукционной печи (ВИП), а также вакуумный дуговой (ВДП), электрошлаковый (ЭШП), электронно-лучевой (ЭЛП) и плазменно-дуговой (ПДП) переплавы. Наибольшее распространение получили ВДП и ЭШП.

Процесс ВДП заключается в переплаве слитка под воздействием высоких температур, возникающих в зоне электрической дуги между электродом, переплавляемым слитком и поддоном кристаллизатора, который охлаждают циркулирующей водой. Металл на торце электрода (слитка) расплавляется и его капли непрерывно падают в кристаллизатор, образуя новый слиток. До переплава установку вакуумируют. Вакуум создают в течение всего периода переплава. В современных ВДП получают слитки массой от нескольких сотен килограммов до 40–50 т.

Процесс ЭШП разработан в Институте электросварки им. Е. О. Патона и распространен во многих странах. В водоохлаждаемом кристаллизаторе расплавляют слой шлака. Ко дну кристаллизатора подводят полюс источника переменного тока большой силы. Стальной слиток (электрод) опускают в шлак и подключают к другому полюсу источника тока. Электрическая печь замыкается между переплавляемым слитком (электродом) и ванной кристаллизатора через слой расплавленного шлака (электрическая дуга отсутствует). Шлак обладает высоким электрическим сопротивлением и нагревается до температуры 1700–2000°С. В результате этого погруженный в него конец электрода (слитка) оплавляется и расплавленные капли металла проходят через слой шлака, очищаясь от серы. Содержание неметаллических включений и газов в них снижается. Попадая на холодные стенки кристаллизатора, капли металла застывают и постепенно образуют новый плотный качественный слиток.

Преимущество процесса ЭШП – сравнительная простота и дешевизна и гарантированное повышение качества металла после его переплава в результате снижения содержания серы, неметаллических включений и получения плотного слитка. В нашей стране на установках ЭШП получают слитки массой до 360 т.