Производство стали в электродуговых печах

Дуговая плавильная электропечь питается трехфазным пере-менным током и имеет три цилиндрических электрода из графитизированной массы. Электрический ток от трансформатора кабелями подводится к электрододержателям, а через них – к электродам и ванне металла. Между электродами и металлической шихтой 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 печи футерован огнеупорным кирпичом основным (магнезитовый, магнезитохромитовый) или кислым (динасовый). Подину печи набивают огнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками, подиной и сводом из огнеупорного кирпича. Для управления ходом плавки имеются рабочее окно и летка для выпуска готовой стали по желобу в ковш.

Печь загружают при снятом своде. Механизмом печь может наклоняться в сторону загрузочного окна и летки. Вместимость этих печей 0,5…400 т. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных – с кислой футеровкой.

В основной дуговой печи можно осуществить плавку двух видов:

1. 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 мелко раздробленный 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 металла 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 и частично углерод. Оксид кальция из извести и оксиды железа образуют основной железистый шлак, способствующий удалению фосфора из металла.

После нагрева металла и шлака до температуры 1500…1540 оС 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. Раскисление производят осаждением и диффузионным методом. После удаления железистого шлака в печь подают силикомарганец и силикокальций - раскислители для осаждающего раскисления. Затем в печь загружают известь, плавиковый шпат и шамотный бой. После расплавления флюсов и образования высокоосновного шлака на его поверхность вводят раскислительную смесь для диффузионного раскисления (известь, плавиковый шпат, молотый кокс и ферросилиций). Углерод кокса и кремний ферросилиция восстанавливают оксид железа в шлаке, содержание его в шлаке снижается, и кислород из металла по закону распределения переходит в шлак. По мере раскисления и понижения содержания FеО шлак становится почти белым. Раскисление под белым шлаком длится 30…60 мин.

В этот период создаются условия для удаления из металла серы, что объясняется высоким (до 55…60 %) содержанием СаО в шлаке, низким (менее 0,5 %) содержанием FеО и высокой температурой металла.

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.

При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов. Порядок ввода определяется сродством легирующих элементов к кислороду. В дуговых печах выплавляют высококачественные углеродистые стали - конструкционные, инструментальные, жаропрочные и жаростойкие.

Преимущество дуговых электропечей:

• возможность получения самых высококачественных сталей и тугоплавких сплавов с минимальным количеством газов, вредных примесей и неметаллических включений;

• гибкость работы при всех режимах и характерах производства, с использованием твёрдой и жидкой завалки с любым количеством дешевого стального лома;

• самый маленький угар металла и особенно легирующих приме-сей по сравнению со всеми плавильными агрегатами;

• простота устройства, компактность, лёгкость обслуживания и относительная дешевизна печей.

Основным недостатком дуговых печей является науглероживание стали углеродом электродов, поэтому выплавлять стали с очень низким содержанием углерода нельзя.