Производство стали в электрических печах

Плазменная печь

Плазменная печь - электрическая печь косвенного действия, в которой энергоносителем является поток ионизированного газа (плазмы). Плазму создают в генераторе-плазматроне
- в виде плазменной дуги (дуговой плазматрон прямого действия); или
- в виде плазменной струи (дуговой плазматрон косвенного действия).

В осевой зоне потока плазмы температура достигает 10'000-20'000 град.C.

Для выплавки стали применяются дуговые и индукционные электрические печи. Емкость дуговых печей от 3 до 300 т, индукционных — от 5 кг до 25 т. При плавке в электропечах благодаря достижению высоких температур (до 2000 °С) возможны выплавка сталей, легированных титаном, хромом, молибденом, вольфрамом и другими тугоплавкими элементами, вакуумная плавка или плавка в контролируемой атмосфере.
Дуговые печи питаются трехфазным переменным током. Они имеют три графитовых электрода, проходящих через свод в камеру печи (рис. 2.5). Между электродами и металлической шихтой возникает электрическая дуга, теплота которой расплавляет металл. Внутри печь облицована основным или кислым кирпичом в зависимости от ее назначения. Плавильное пространство цилиндрической формы снизу ограничено подом и сверху съемным сводом, который отодвигается во время загрузки печи. Для управления процессом плавки в стенках предусмотрены рабочее окно и летка с желобом для выпуска стали и шлака. При выпуске печь поворачивается вокруг горизонтальной оси в сторону летки. В основной печи ведут плавку, применяя окисление примесей или метод переплава.
Плавка с окислением во многом сходна с мартеновским скрапрудным процессом. Обычно ее применяют для получения углеродистых сталей. Шихтой в этом случае служат стальной лом, передельный чугун, кокс и известь в небольшом количестве (2—3 %). Плавка имеет два периода: окислительный и восстановительный. Во время окислительного периода кремний, марганец, углерод, железо окисляются кислородом, поступающим из воздуха, оксидов шихты и окалины. Полученные оксиды вместе с известью образуют шлак. Благодаря наличию оксида кальция шлак связывает и удаляет фосфор. Восстановительный период включает раскисление стали, удаление серы и доведение содержания всех компонентов до заданного количества. Для этого в печь подают флюс, состоящий из извести, плавикового шпата CaF₂, молотого кокса и ферросилиция (сплава Fe и Si). Кокс и ферросилиций, медленно проникая через слой шлака, восстанавливают оксид железа: FeO + C = Fe + CO; 2FeO + Si = = 2Fe + SiO₂. При этом содержание оксида железа в шлаке уменьшается, и он начинает диффундировать из металла в шлак, где сразу же восстанавливается. Восстановление происходит в шлаке и на границе шлак — металл. Поэтому металл не загрязняется неметаллическими примесями (SiO₂, MnO, Al₂O₃), что происходит при обычном раскислении. Благодаря высокому содержанию в шлаке оксида кальция СаО интенсивно удаляется из металла и сера. В конце восстановительного периода, если это необходимо, сталь окончательно раскисляют ферросилицием и алюминием.
Для выплавки качественных высоколегированных сталей специального назначения применяется плавка в индукционных печах. Схема тигельной индукционной плавильной печи показана на рис. 2.6. Она работает от генератора тока высокой частоты. Ее индуктор, в который вставлен тигель, является вторичной обмоткой генератора токов высокой частоты. Индукционные печи по сравнению с дуговыми обладают рядом преимуществ: отсутствие дуги позволяет выплавлять металлы с малым содержанием углерода и газов; возникающие электродинамические силы перемешивают жидкий металл, способствуя выравниванию химического состава и всплыванию неметаллических включений; благодаря небольшим размерам они помещаются в специальные камеры, где можно создавать любую атмосферу или вакуум.
В индукционных печах методом переплава (без окисления) проводят плавку отходов легированных сталей или чистого по сере и фосфору углеродистого скрапа и ферросплавов. По сути дела в этом случае производство стали сводится к переплаву шихты, хотя в процессе плавки не исключено и окисление некоторых примесей, а также введение при необходимости легирующих компонентов. Плавка в вакууме позволяет получать сплавы с минимальным содержанием газов и неметаллических включений, легировать сплавы Любыми элементами. Продолжительность плавки в индукционной печи емкостью 1 т составляет около 45 мин, расход электроэнергии на 1 т стали — 600— 700 кВт · ч.

Производство стали в электрических печах.

В электропечи можно получать легированную сталь с низким содержанием серы и фосфора, неметаллических включений, при этом потери легирующих элементов значительно меньше.

В процессе электроплавки можно точно регулировать температуру металла и его состав, выплавлять сплавы почти любого состава.

Электрические печи обладают существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные сплавы, нержавеющие шарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в этих печах.

Мощные электропечи успешно применяют для получения низколегированных и высокоуглеродистых сталей мартеновского сортамента. Кроме того, в электропечах получают различные ферросплавы, представляющие собой сплавы железа с элементами, которые необходимо выводить в сталь для легирования и раскисления.