Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шихтовые материалы для получения стали в дуговых печах

Методы плавки стали в дуговых печах

Технология плавки стали в дуговых печах определяется составом выплавляемой стали и предъявляемыми к ней требованиями, а также качеством шихты. В зависимости от этих факторов технология плавки даже в одной дуговой сталеплавильной печи может быть существенно различной.

Имеются две основные разновидности технологии плавки легированной стали: плавка на углеродистой («свежей») шихте и плавка переплавом легированных отходов.

Углеродистая шихта характеризуется повышенным содержанием углерода, фосфора, серы и отсутствием или незначительным количеством легирующих элементов. Для передела такой шихты в качественную сталь требуется проведение специального окислительного периода, в течение которого окисляются углерод, фосфор и некоторые сопутствующие элементы: кремний, хром, марганец, ванадий и др.

Наличие окислительного периода является характерной особенностью технологии плавки на свежей шихте, поэтому ее называют еще плавкой с полным окислением.

Плавка высококачественной стали на свежей шихте включает следующие этапы :

  • подготовку шихтовых материалов,
  • подготовку печи к плавке,
  • загрузку шихты,
  • период плавления,
  • окислительный период,
  • восстановительный период.

Выплавка рядовой стали проводится по упрощенной технологии под одним шлаком с интенсивным использованием кислорода и характеризуется отсутствием восстановительного периода.

Рис.1 Методы плавки стали в дуговых печах

Проведение всех периодов плавки позволяет глубоко очистить металл от вредных примесей — фосфора и серы. Окисление углерода в окислительный период вызывает кипение ванны дуговой печи и способствует дегазации металла — удалению растворенных в нем водорода и азота. Поэтому плавка с полным окислением позволяет получать из рядовой шихты высококачественную сталь. Недостаток этого метода плавки заключается в потере некоторых содержащихся в шихте легирующих элементов (хрома, ванадия и др.) и большей продолжительности плавки.

При плавке методом переплава окислительный период исключают из суммарного процесса плавки, в результате чего некоторые из содержащихся в шихте легирующих элементов не окисляются и остаются в стали. Это позволяет полнее использовать легирующие элементы, содержащиеся в отходах, и уменьшить расход ферросплавов .

Продолжительность плавки методом переплава меньше, чем на свежей шихте, соответственно выше производительность агрегата, меньше расход электрической энергии. Себестоимость стали, выплавленной методом переплава, меньше себестоимости той же стали, выплавленной на свежей шихте.

Однако отсутствие окислительного периода делает невозможным удаление фосфора , поэтому для плавки методом переплава требуется чистая по фосфору шихта. Кроме того, отсутствие кипения ванны не позволяет удалять в течение плавки растворенные газы, что требует принятия дополнительных мер для их удаления.

На плавках методом переплава для ускорения нагрева металла, понижения в нем содержания углерода и растворенных газов ванну часто продувают газообразным кислородом . В результате экзотермических реакций кислорода с железом, кремнием и углеродом температура ванны быстро повышается, хром и другие легирующие элементы при этом окисляются незначительно, а выделяющаяся окись углерода оказывает дегазирующее действие. Такую разновидность технологии переплава называют плавкой с частичным окислением.

Плавка стали в основных дуговых печах

Главная > Реферат >Промышленность, производство

1. Устройство дуговых печей

1.1. Общее описание дуговой электропечи…………………………..………4

2. Выплавка стали в основных дуговых электропечах

2.2. Плавка в основной печи на углеродистой шихте…………..……………7

2.3. Выплавка стали методом переплава………………………………….…14

2.4. Особенности технологии плавки в большегрузных печах………….…15

2.5. Плавка с использованием металлизованных окатышей…….……….…21

Список использованных источников………………………………..…………24

Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства – хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других элементов.

Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать значительную мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, вводить в печь большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки, что предполагает малый угар легирующих элементов; плавно и точно регулировать температуру металла; более полно, чем других печах раскислять металл, получая его с низким содержанием неметаллических включений; получать сталь с низким содержанием серы. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавке относительно легко поддаются контролю и регулированию, что очень важно при автоматизации производства.

Электропечь лучше других приспособлена для переработки металлического лома, причем твердой шихтой может быть занят весь объем печи, и это не затрудняет процесс расплавления. Металлизованные окатыши, заменяющие металлический лом, можно загружать в электропечь непрерывно при помощи автоматических дозирующих устройств.

В электропечах можно выплавлять сталь обширного сортамента.

1. УСТРОЙСТВО ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ

1.1. Общее описание дуговой электропечи

Дуговая печь состоит из рабочего пространства (собственно печи) с электродами и токоподводами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов и загрузку шихты.

1 – электроды, 2 – арочный свод, 3- желоб, 4 – футеровка, 5 – кожух печи,

6 – расплавленный металл, 7 – механизм поворота.

Рисунок 1. – Конструкция дуговой электропечи

Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух. Съемный свод набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь питается трехфазным током.

Шихтовые материалы загружают на под печи, после их расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Плавление и нагрев осуществляется за счет тепла электрических дуг, возникающих между электродами и жидким металлом или металлической шихтой.

Выпуск готовой стали и шлака осуществляется через сталевыпускное отверстие и желоб путем наклона рабочего пространства. Рабочее окно, закрываемое заслонкой, предназначено для контроля за ходом плавки, ремонта пода и загрузки материалов.

2. ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ОСНОВНЫХ ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

2.1. Шихтовые материалы

Основной составляющей шихты (75-100%) электроплавки является стальной лом. Лом не должен содержать цветных металлов и должен иметь минимальное количество никеля и меди; желательно, чтобы содержание фосфора в ломе не превышало 0.05% при более высоком содержании фосфора продолжительность плавки возрастает. Лом не должен быть сильно окисленным (ржавым). С ржавчиной (гидратом окиси железа) вносится в металл много водорода. Лом должен быть тяжеловесным, чтобы обеспечивалась загрузка шихты в один прием (одной бадьей). При легковесном ломе после частичного расплавления первой порции шихты приходится вновь открывать печь и подсаживать шихту, что увеличивает продолжительность плавки.

В последнее время расширяется применение металлизованных окатышей и губчатого железа – продуктов прямого восстановления обогащенных железных руд. Они содержат 85-93% Fe, основными примесями являются окислы железа, SiO2 и Al2O3. Отличительная особенность этого сырья – наличие углерода от 0.2-0.5 до 2% и очень низкое содержание серы, фосфора, никеля, меди и других примесей, обычно имеющихся в стальном ломе. Это позволяет выплавлять сталь, отличающуюся повышенной чистотой от примесей. Переплав отходов легированных сталей позволяет экономить дорогие ферросплавы. Эти отходы сортируют по химическому составу и используют при выплавке сталей, содержащих те же легирующие элементы, что и отходы.

Для повышения содержания углерода в шихте используют чугун, кокс и электродный бой. Основное требование к чугуну – минимальное содержание фосфора, поэтому чтобы не вносить много фосфора в шихту малых печей не более 10% чугуна, а в большегрузных не более 25%.

В качестве шлакообразующих в основных печах применяют известь, известняк, плавиковый шпат, боксит, шамотный бой; в кислых печах – кварцевый песок, шамотный бой, известь. В качестве окислителей используют железную руду, прокатную окалину, агломерат, железные окатыши, газообразный кислород. К шлакообразующим и окислителям предъявляются те же требования, что и при других сталеплавильных процессах: известь не должна содержать более 90% CaO, менее 2% SiO2, менее 0.1% S и быть свежеобоженной, чтобы не вносить в металл водород. Железная руда должна содержать менее 8% SiO2, поскольку он понижает основность шлака, менее 0.05% S и мене 0.2% P; желательно применять руду с размером кусков 40-100 мм, поскольку такие куски легко проходят через слой шлака и непосредственно реагирует с металлом. В плавиковом шпате, применяемом для разжижения шлака содержание CaF2 должно превышать 85%.

В элекросталеплавильном производстве для легирования и раскисления применяются практически все известные ферросплавы и легирующие.

2.2. Плавка в основной печи на углеродистой шихте

Данная технология также носит название технологии плавки на свежей шихте с окислением и применяется на печах малой и средней (до 40 т) емкости при выплавке качественных легированных сталей. Плавка состоит из следующих периодов:

1. заправка печи;

2. загрузка шихты;

4. окислительный период;

5. восстановительный период;

Заправка – это исправление изношенных и поврежденных участков футеровки пода. После выпуска очередной плавки с подины удаляют остатки металла и шлака. На поврежденные подины и откосов забрасывают магнезитовый порошок или же магнезитовый порошок, смешанный с каменноугольным пеком (связующим). Длительность заправки 10-15 мин.

При выплавке стали в печах малой и средней емкости шихта на 90-100% состоит из стального лома. Для повышения содержания углерода в шихту вводят чугун (до 10%), а также электродный бой или кокс. Общее количество чугуна и электродного боя или кокса должно быть таким, чтобы содержание углерода в шихте превышало нижний предел его содержания в готовой стали на 0.3% при выплавке высокоуглеродистых сталей, на 0.3-04 % при выплавке среднеуглеродистых и на 0.5% для низкоуглеродистых. Этот предел несколько снижается при росте емкости печи. Чтобы совместить удаление части фосфора с плавлением шихты в завалку рекомендуется давать 2-3% извести.

Загрузку ведут бадьями или корзинами. В корзины и бадьи шихту укладывают в следующей последовательности: на дно кладут часть мелочи, чтобы защитить подину от ударов тяжелых кусков стального лома, затем в центре укладывают крупный лом, а по периферии средний и сверху – оставшийся мелкий лом. Плотная укладка шихты улучшает ее проводимость, обеспечивая устойчивое горение дуги, ускоряя плавление. Для уменьшения угара кокс и электродный бой кладут под слой крупного лома.

Читать еще:  Изготовление самодельного самогонного аппарата в домашних условиях

После окончания завалки электроды опускают почти до касания с шихтой и включают ток. Под действием высокой температуры дуг шихта под электродами плавиться, жидкий металл стекает вниз, накапливаясь в центральной части подины. Электроды постепенно опускаются, проплавляя в шихте «колодцы» и достигая крайнего нижнего положения. По мере увеличения количества жидкого металла электроды поднимаются. Это достигается при помощи автоматических регуляторов для поддержания определенной длины дуги. Плавление ведут при максимальной мощности печного трансформатора.

Во время плавления происходит окисление составляющих шихты, формируется шлак, происходит частичное удаление в шлак фосфора и серы. Окисление примесей осуществляется за счет кислорода воздуха, окалины и ржавчины, внесенных металлической шихтой.

За время плавления полностью окисляется кремний, 40-60% марганца, частично окисляется углерод и железо. В формировании шлака наряду с продуктами окисления (SiO2, MnO, FeO) принимает участие и окись кальция, содержащаяся в извести. Шлак к концу периода плавления имеет примерно следующий состав, %: 35-40 CaO; 15-25 SiO2; 8-15 FeO; 5-10 MnO; 3-7 Al2O3; 0.5-1.2 P2O5. низкая температура и наличие основного железистого шлака благоприятствует дефосфорации. В зоне электрических дуг за время плавления испаряется от 2 до 5% металла, преимущественно железа.

Для ускорения плавления иногда применяют газо-кислородные горелки, вводимые в рабочее пространство через под или стенки печи. Для уменьшения продолжительности плавления часто применяют продувку кислородом, вводимым в жидкий металл после расплавления шихты с помощью фурм или стальных футерованных трубок. При расходе кислорода 4-6 м 2 /т длительность плавления сокращается на 10-20 мин.

Продолжительность периода плавки определяется мощностью трансформатора и составляет от 1.1 до 3.0 ч. Расход электроэнергии за время плавления составляет 400-480 кВт*/ч.

Задача окислительного периода плавки состоит в следующем:

а) уменьшить содержание в металле фосфора до 0.01-0.015%;

б) уменьшить содержание в металле водорода и азота;

в) нагреть металл до температуры близкой к температуре выпуска (на 120-130 о С выше температуры ликвидуса).

Кроме того, за время периода окисляют углерод до нижнего предела его содержания в выплавляемой стали. За счет кипения (выделения пузырьков СО при окислении углерода) происходит дегазация металла и его перемешивание, что ускоряет процессы дефосфорации и нагрева.

Окисление примесей ведут, используя либо железную руду (окалину, агломерат), либо газообразный кислород.

Окислительный период начинается с того, что из печи сливают 65-75% шлака, образовавшегося в период плавления. Шлак сливают не выключая печь, наклонив её в сторону рабочего окна на 10-12 о . Слив шлака производят для того, чтобы удалить из печи перешедший в шлак фосфор. Удалив шлак, в печь присаживают шлакообразующие: 1-1.5% извести и при необходимости 0.15-0.25% плавикового шпата, шамотного боя или боксита.

Производство стали в вакуумных печах

Производство стали в вакуумных печах – один из продуктивных способов получения стали с пониженным содержанием газов, неметаллических включений, примесей цветных металлов и с любым химическим составом. Вакуумные печи подразделяются на индукционные и дуговые. Рассмотрим этапы производства стали в каждой из видов печей.

Производство стали в вакуумных индукционных печах

К вакуумным индукционным печам относятся печи периодического и полунеперрывного действия. Полунепрерывные печи считаются наиболее эффективными, так как сталеплавильный процесс, начиная от загрузки шихты, заканчивая извлечением полученной стали, является непрерывным. Действие вакуума не прекращается. Минусом периодических вакуумных печей является тот факт, что печь открывают на каждом этапе сталеплавильного процесса: при загрузке шихты, при смене изложниц и получения готового продукта – слитка стали. Это вызывает нарушение вакуума. Для производства качественных сталей данный тип печей не подходит. Их используют для фасонного проката.

Вакуумные печи полунепрерывного действия

Вакуумные печи полунепрерывного действия состоят из трех камер: плавильной, загрузочной и камеры изложниц. Плавление шихты осуществляется в плавильной камере. Для этого камера снабжена индикатором с огнеупорным тиглем.

Соединение плавильной камеры с загрузочной камерой и камерой наложниц происходит посредством вакуумных затворов. Именно вакуумные затворы и позволяют протекать сталеплавильному процессу без нарушения вакуума.

В зависимости от марки выплавляемой стали устанавливается технология процесса производства стали. При этом большое значение имеет качество шихтовых материалов. Обязательно условия таково, что шихтовые материалы должны быть тщательно очищены от влаги и масел.

После того, как шихта загружена в печь, начинается процесс плавления при помощи электрического тока высокой мощности. В начальный момент появления жидкого металла, добавляется газ аргон. Когда шихта будет расплавлена, металл очищают от азота, кислорода и примесей цветных металлов. На этом же этапе металл легируется при помощи хрома, ванадия и титана. К сожалению, данный способ производства стали несовершенен. Дело в том, что жидкий металл контактирует с тиглем, в результате этого контакта металл может получить загрязнение от тигля.

Производство стали в вакуумных дуговых печах

К вакуумным дуговым печам относятся печи с нерасходуемым и расходуемым электродом. Рассмотрим подробнее.

Вакуумные печи с нерасходуемым электродом

Изготавливается он из вольфрама или графита. Процесс производства стали в таких печах происходит следующим образом. Шихту загружают в водоохлаждаемый тигель. Расплавление шихты происходит посредством электрической дуги. Далее металл очищается и превращается в слиток. Недостатком данного вида вакуумных печей является то, что они не позволяют производить большое количество стали.

Вакуумные печи с расходуемым электродом

В состав данного вида печей входят: рабочая камера, медный водоохлаждаемый кристаллизатор, электрододержатель, механизм подачи электродов, система вакуумных насосов. Работу аккумных печей обеспечивает постоянный или переменный ток. После установки расходуемого электрода зажигают электрическую дугу. Тепло электрической дуги действует таким образом, что электрод оплавляется. Это вызывает стекание капель металла в кристаллизатор и образование жидкой металлической ванны. В этот же момент металл очищается от примесей, то есть рафинируется.

Увы, данный метод имеет как преимущества, так и недостатки. В вакуумных печах с расходуемым электродом можно выплавлять слитки стали большой массы. Но этап рафинирования металла происходит не совсем полно.

Шихтовые материалы для получения стали в дуговых печах

Электросталеплавильный процесс – более совершенный способ выплавки стали, имеющий ряд преимуществ по сравнению с мартеновскими и конвертерными способами. В электрических печах легко регулировать тепловой режим, изменяя параметры электрического тока. Температура при плавке достигает 2000ºС, что позволяет использовать высокоосновные шлаки для наиболее полного удаления из металла серы и фосфора. Отсутствие окислительной атмосферы способствует получению хорошо раскисленной стали. В электрических печах выплавляются наиболее высококачественные углеродистые и легированные конструкционные, нержавеющие, жаропрочные и другие стали и сплавы. Для выплавки стали наиболее широко применяются электрические дуговые печи [9]. Корпус печи имеет плоское или сферическое днище. Снаружи он заключен в прочный кожух, а внутри футерован огнеупорными материалами: основными (магнезит и др.) или кислыми (динас и др.) В стенках корпуса предусмотрены загрузочное окно (реже два) и выпускное отверстие 5 со сливным желобом. Съемный свод с отверстиями для электродов выполнен из хромомагнезитовых или динасовых кирпичей на прочном стальном каркасе. Печь опирается на секторы (салазки). Для выпуска плавки печь наклоняется с помощью гидропривода 6 в сторону выпускного отверстия, для удаления (скачивания) шлака по ходу плавки – в сторону загрузочного окна.

Рабочее напряжение, изменяющееся ступенчато в пределах 90-240 В, создается на вторичной обмотке понижающего трансформатора (до 40 000 кВА). К электрододержателям ток подводится при помощи гибких кабелей и медных шин. Сила тока достигает 20 000 А и более. Нагрев и расплавление металла обеспечивается электрическими дугами, образующимися между электродами и загруженной в печь металлической шихтой. При плавке ток проходит от одного электрода через дугу, металл и вторую дугу к другому электроду. В дуге развивается температура 4000-6000ºС. В сталеплавильных печах применяются угольные или графитовые электроды диаметром 300- 550 мм . В процессе плавки они постепенно сгорают; длина дуги регулируется автоматически. Емкость печей колеблется в широких пределах: от 3-5 до 200-250 т, в проекте до 300 т. Электросталь выплавляется главным образом в основных печах, при этом применяются две разновидности плавки: с окислением и без окисления примесей.

Плавка с окислением , применяемая чаще, имеет много общего с основным мартеновским скрап-процессом, но обладает и своими характерными особенностями. Основную массу шихты (до 90%) составляет стальной скрап с пониженным содержанием фосфора. Скрап также не должен быть сильно ржавым. Ржавчина вносит в сталь водород, что значительно ухудшает ее качество и может привести к появлению опасного дефекта – флокенов. Передельный чугун добавляется в таком количестве, чтобы после расплавления шихты содержание углерода было больше на 0,5-0,6 %, чем в готовой стали. Это необходимо для нормального кипения стали. Чугун должен содержать пониженное количество фосфора и серы. В качестве флюса применяется известь. При плавке используется также чистая по фосфору и сере железная руда, ферросплавы и другие материалы. По мере ведения плавки различают два основных периода: окислительный и восстановительный. Окислительный период характеризуется окислительным шлаком, содержащим 15-30% FeO . Одной из основных задач этого периода является наиболее полное удаление фосфора. Как и в мартеновской печи, фосфор удаляется переводом его в шлак в виде P2O5 ·4CaO . Неоднократная смена шлака, высокое содержание в нем CaO и FeO обеспечивают выплавку стали со значительно более низким содержанием фосфора (0,010-0,015%), чем в основной мартеновской стали (обычно ≥0,020%). Второй важнейший процесс окислительного периода — кипение ванны. Его скорость при достаточно прогретом металле регулируется добавками железной руды. Как и в мартеновском процессе, кипение обеспечивает очистку металла от взвешенных неметаллических включений, удаление из него растворенных газов, выравнивание состава и температуры. При этом наиболее важное значение имеет чистое кипение после прекращения добавок руды. На кипение постепенно расходуется углерод. По достижении заданного содержания углерода окислительный период заканчивается и осуществляется переход к восстановительному. Одной из основных задач этого периода является раскисление стали. Применяется несколько способов раскисления стали. Сущность диффузионного раскисления состоит в том, что раскисляется непосредственно не металл, а шлак, восстанавливая в нем закись железа FeO . В соответствии с законом распределения уменьшение содержания FeO в шлаке вызывает ее интенсивный диффузионный переход из металла в шлак, чем и обеспечивается раскисление металла. Раскисление под белым шлаком применяется при выплавке многих средне- и молоуглеродистых сталей, у которых пределы содержания углерода колеблются в узких пределах (примерно до 0,05%). Для образования белого шлака в печь на шлаковый покров дополнительно загружается восстановительная смесь, состоящая из СаО, СаF2 , молотого кокса и древесного угля. Раскисление происходит за счет углерода по реакциям

Читать еще:  Устройство для отбортовки кромок листового металла

FeO +С = Fe +СО; MnО + С = Mn + СО.

Раскисление под карбидным шлаком применяется при выплавке высокоуглеродистых сталей, где допуски по углероду больше (0,1-0,15%). Для раскисления на шлаковый покров загружается карбидообразующая смесь СаО, СаF2 и коксовый порошок. В зонах действия электрических дуг образуется карбид кальция СаС2 , который является энергичным раскислителем и восстанавливает железо по реакции

3FeO + СаС2 = 3Fe +СаО + 2СО.

Легирование проводится аналогично легированию мартеновской стали. Никель, вольфрам и другие элементы, не окисляющиеся при плавке, вводятся с шихтой или в процессе ее плавления; легкоокисляющиеся хром и ванадий (в виде феррохрома и феррованадия) – после раскисления; титан (ферротитан) – перед самым выпуском плавки.

Основная плавка без окисления примесей также находит довольно широкое применение. При производстве и последующей обработке высококачественных легированных сталей отходы производства обычно составляют 30-50% (бракованные слитки, обрезки проката, стружка и т.п.). Плавка без окисления по существу проводится методом переплава отходов соответствующих или близких по составу сталей. При составлении шихты и после расплавления металл доводится до нужного состава присадкой ферросплавов. Во время плавки удаляются сера и фосфор. Раскисление стали проводится под белым или карбидным шлаком. Этот способ дает возможность наиболее рационально использовать отходы легированных сталей, что значительно уменьшает расход ферросплавов.

Кислый процесс в электродуговых печах имеет те же особенности, что и кислый мартеновский процесс. Из-за невозможности удаления серы и фосфора для выплавки используются чистые шихтовые материалы, нередко применяется метод переплава отходов собственного производства. В качестве флюса используется окись кремния, песок и другие материалы.

В индукционных сталеплавильных печах выплавляются наиболее качественные нержавеющие, жаропрочные и другие стали и сплавы. Емкость печей колеблется от десятков килограммов до 4-5 т; более крупные печи имеют емкость до 30 т металла.

Плавка металла проводится в тигле, изготовленном из основных или кислых огнеупорных материалов и заключенном в металлический кожух. Вокруг тигля располагается спиральный многовитковый индуктор, изготовленный из медной трубки, в которой циркулирует охлаждающая вода. К индуктору подключается питающий высокочастотный двигатель-генератор переменного тока. При пропускании тока через индуктор (с частотой 500-800 Гц) в металле, находящемся в тигле, индуктируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Шихтовые материалы загружаются сверху. Плавка проводится в основном методом переплава отходов соответствующих легированных сталей или чистого по сере и фосфору углеродистого скрапа и ферросплавов. Для выпуска металла печь наклоняется в сторону сливного желоба. При плавке под действием электромагнитного поля индуктора происходит интенсивная циркуляция жидкого металла, что способствует ускорению химических реакций, получению однородного по химическому составу металла, быстрому всплыванию неметаллических включений, выравниванию температуры. В конце плавки проводится диффузионное раскисление путем подачи на шлак порошкообразного кокса, ферросилиция и алюминия. Преимуществами индукционных печей по сравнению с дуговыми является возможность выплавки сталей с очень низким содержанием углерода (так как нет науглероживания от электродов), очень малый угар легкоокисляющихся легирующих элементов; сталь характеризуется пониженным содержанием азота и высокой чистотой по неметаллическим включениям. Индукционные печи имеют высокую производительность и высокий электрический к.п.д. Продолжительность плавки в печи емкостью 1 т составляет 45 мин, расход электроэнергии 600-700 кВт∙ч на 1 т стали. Недостатками индукционных печей являются их малая емкость по сравнению с дуговыми печами, высокая стоимость электрооборудования, низкая стойкость основных тиглей.

1.Что такое электросталеплавильный процесс?

2.Что такое плавка с окислением?

3.Что выплавляют в индукционных сталеплавильных печах?

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Плавка металлов с помощью электрической дуги впервые осуществлена акад. В. В. Петровым еще в 1802 г. Однако в промышленной металлургии открытие В. В. Петрова начало использоваться лишь в текущем столетии, когда производство электроэнергии достигло большого развития и стоимость ее значительно понизилась.

Выплавка стали в электропечах — способ более совершенный, чем мартеновский и конвертерный, но его распространение ограничивается все еще высокой стоимостью электроэнергии. Отсутствие окислительного пламени и незначительный доступ воздуха дают возможность создавать в печах нейтральную или восстановительную атмосферу и производить весьма тщательное раскисление стали. Высокая температура в печи обеспечивает возможность плавки при высокоизвест-ковистых шлаках, которые способствуют более полному удалению серы из металла.

Благодаря возможности более точного управления процессом достигается получение металла заданного состава.

В настоящее время этот способ широко применяется для выплавки высококачественных углеродистых и легированных сталей, а также ферросплавов. Существуют два вида печей для электроплавки стали: дуговые и индукционные.

Плавка в дуговых печах. Для выплавки стали применяются дуговые трехфазные печи прямого нагрева (с зависимыми дугами), в которых дуги образуются между вертикально установленными графитовыми или угольными электродами (рис. 1) и загруженной в печь металлической шихтой.

В этих печах металлическая шихта и после расплавления шихты ванна жидкого металла являются проводником тока, который течет через металл от одного электрода к другому. Электроды закрепляются в электрододержателях, соединенных со вторичной обмоткой печного трансформатора, и имеют вертикальное перемещение для регулирования дуги, осуществляемое автоматически. Печь имеет стальной кожух. Завалка шихты производится через боковое рабочее окно или сверху печи (в печах со съемным сводом или выдвижным корпусом); выпуск готового металла — через летку и желоб. Для наклона при выпуске шлака (в сторону рабочего окна на 10—15°) и металла (в сторону выпускного отверстия до 45°) печь имеет дугообразные сегменты, которыми она опирается на ролики; поворот осуществляется специальным механизмом с гидравлическим или электрическим приводом.

При нагреве электрическими дугами оказывается возможным сосредоточить в относительно небольшом объеме большую мощность, доходящую до ; 16 000 кет на одну дугу, и развивать (внутри дуги) температуру до 10 000° (в среднем 4000—6000°).

Емкость промышленных печей от 0,5 до 180 т.

Преимущественное распространение имеют основные электропечи, в которых получают высококачественную сталь с минимальным содержанием серы и фосфора.

Шихта для плавки в дуговой печи состоит в основном (до 90% и больше) из скрапа (отходы сталелитейного производства — прибыли, брак отливок, отходы кузнечного и прокатного производства, стальной лом). Чугун в количестве 5—10% вводят для того, чтобы после расплавления шихты обеспечить кипение ванны стали.

Чтобы предотвратить обратный переход фосфора в металл, окислительный шлак сливают (для чего печь наклоняют в сторону рабочего окна) и вновь загружают известь и руду с целью перевода в шлак оставшегося фосфора. Окисление углерода сопровождается кипением ванны (выделением пузырьков окиси углерода) и выделением из стали растворенных газов и неметаллических включений.

К концу первого (окислительного) периода плавки в основном заканчивается дефосфорация (содержание фосфора после двух- или трехкратного слива шлака не превышает обычно 0,01—0,02%) и окисление примесей, но в стали остаются вредные примеси: закись железа и сера.

Задачей второго периода плавки является рафинирование стали, ее раскисление и десулйфурация. Для этого наводят новый шлак из извести и плавикового шпата (или шамота) с последующей добавкой молотого кокса. Первоначальное раскисление производят кусковыми раскислителями: ферромарганцем и ферросилицием или комплексным сплавом — силикомарганцем.

Раскисление производится также молотыми раскислителями (ферросилицием, алюминием и др.), загружаемыми в составе шлаковых смесей и раскисляющими металл через шлак.

Выделяющаяся в процессе плавки окись углерода (СО) определяет восстановительную газовую среду в печи, что способствует раскислению и десульфурации стали. Наличие восстановительной газовой среды, высокая температура металла и шлака и вследствие этого большая активность последнего — основные преимущества плавки в дуговых

Сразу после расплавления шихты и регулярно в процессе плавки, примерно через каждые 20 мин. из ванны берут пробы металла и шлака. В конце плавки делают (если нужно) присадку легкоокисляющихся легирующих компонентов. Когда сталь доведена до заданного состава . и достаточно нагрета, ее выпускают в сталеразливочный ковш.

При плавке в кислых печах сера и фосфор из стали не удаляются, поэтому шихта для плавки в этих печах должна иметь низкое содержание этих примесей. Кислые печи применяются главным образом при плавке стали для получения фасонных отливок. Реакции процесса плавки в печах с кислой футеровкой аналогичны реакциям, протекающим в кислой мартеновской печи.

В сталелитейных цехах в качестве шихты широко исщрльзуют чистые отходы собственного производства с малым содержанием вредных примесей. При плавке на такой шихте окислительный период отсутствует, и процесс плавки сокращается.

В последние годы широкое применение при электроплавке стали получила продувка кислородом, особенно при плавке с использованием большого количества легированных отходов. В этом случае получается большая экономия на расходе дорогих ферросплавов, электроэнергии, электродов, а также значительное (на 20—30%) увеличение производительности электропечей.

Плавка в индукционных печах. В промышленности для плавки стали применяются преимущественно печи высокой частоты. Работа высокочастотной печи основана на возможности передачи электромагнитной энергии индукционным путем. Печь представляет собой своеобразный воздушный трансформатор, первичная обмотка которого (индуктор) присоединяется к питающему генератору токов повышенной (до 10 000 гц) или высокой (более 10 000 гц) частоты; вторичной коротко: замкнутой обмоткой является нагреваемый металл.

Читать еще:  Сплавы металлов, их применение в промышленности

На рис. 2 приведена схема устройства печи высокой частоты для плавки стали в атмосфере воздуха. Внутри спирального многовиткового индуктора, выполненного из полой медной трубки, в которой циркулирует вода для охлаждения, находится огнеупорный тигель. К. токоподводящим клеммам индуктора подключается питающий генератор (на фигуре не показан). Индуктор и тигель установлены в каркасе печи. Для выдачи готовой стали вся печь поворачивается около оси. Емкость тигля делают различной: от нескольких килограммов до нескольких тонн. При пропускании тока через индуктор, загруженный в тигель металл находится в быстропеременном электромагнитном поле и разогревается индуктированными (вихревыми) токами.

В высокочастотных печах перерабатывают чистые шихтовые материалы и получают однородные сплавы точного состава, так как расплавление шихты осуществляется только за счет теплового действия

индуктированных токов, кроме того, ванна перемешивается за счет электродинамических сил, возникающих под действием электромагнитного поля индуктора. Отсутствие местных перегревов и большая скорость плавки сводят к минимуму потери от угара шихты.

Высокочастотные печи применяются при изготовлении слитков и фасонного литья из высоколегированных сталей (нержавеющей, жароупорной и др.) и различных ответственных сплавов.

В последние годы индукционные печи стали широко применяться для плавки в вакууме (разреженном воздухе) и в защитной газовой среде (например, аргоне).

При этом получают стали и сплавы с минимальным содержанием газов и неметаллических включений, обладающие очень высокими свойствами.

На рис. 3 приведена схема устройства высокочастотной печи для плавки стали в вакууме или в защитной газовой среде. Тигель с индуктором установлен внутри корпуса печи. Откачка воздуха из корпуса осуществляется через патрубок, проходящий в полой оси, на которой печь поворачивается для разливки металла. Для плавки в защитной газовой среде газ подается по патрубку. Наблюдение за процессом ведется через смотровое стекло; разливка готовой стали производится (при повороте печи) в изложницу.

Двойные процессы. Двойным процессом называют процесс выплавки стали в двух печах. Выплавка электростали из твердой шихты обходится дорого, так как при этом расходуется много электроэнергии. Для понижения стоимости высококачественной и легированной стали первый период плавки иногда проводят в мартеновской печи, а в электропечи выполняются лишь операции раскисления, десульфурации и доводки стали до заданного состава (второй период плавки).

Двойные процессы могут быть и при других сочетаниях печей. Для получения высококачественной стали используют, например, основную и кислую мартеновские печи: в первой получают сталь с низким содержанием фосфора и серы, а во второй раскисляют сталь. Ведутся также двойные процессы в сочетаниях: конвертер — мартеновская печь и др.

Большие перспективы имеет дуплекс-процесс: конвертер с кислородным дутьем — электропечь. Такой процесс по семилетнему плану будет применен на крупных заводах в СССР .

В последнее время ведутся большие работы по механизации и автоматизации работы электрических печей. Помимо механизации завалки шихты с помощью открывающейся бадьи, вводимой сверху в открытую печь, применяются пневматические машины для заправки печи после плавки и различные механизмы для загрузки в печь шлакообразующих материалов и руды. Для облегчения труда сталеваров ряд печей оборудован индукционными перемешивателями, устраняющими ручное перемешивание стали и шлака, а также ускоряющими процесс плавки.

В В нашей стране впервые решается задача полной (комплексной) автоматизации работы электрической печи, при которой все операции плавки будут осуществляться по заранее установленной программе без участия рук рабочих.

§ 11. Производство стали в электропечах

Электропечи для плавления металла наиболее совершенны и дают большие возможности для выплавки стали. В электропечи можно вести плавку стали при более высокой температуре, чем при мартеновской, и получать стали наиболее высокого качества, в том числе и легированные.

Используют печи двух типов:

Наиболее широкое применение нашли дуговые электропечи. Емкость их от 5 до 180 т.

§ 12. Устройство и работа дуговых электропечей

В дуговой сталеплавильной печи для расплавления и нагревания металла используется электрическая дуга, образующаяся между 3 вертикально расположенными электродами (графитизированными или угольными). Электрический ток (переменный трехфазный) от трансформатора посредством гибких кабелей и медных шин подводится к электрододержателям и течет от электрода через дугу и металл к другому электроду и далее возвращается в сеть.

Дуговая печь имеет следующие части: сварной или клепанный кожух цилиндрической формы со сфероидальным днищем; подины и стенок; съемный арочный свод с отверстием для электродов; механизм для закрепления и вертикального перемещения электродов; две опорные станины ; механизм наклона печи, позволяющий поворачивать печь при выпуске стали по желобу и в сторону загрузочного окна для скачивания шлака.

съемный арочный свод с отверстиями для электродов;

желоб для выпуска стали;

механизм наклона печи;

Свод печи выкладывают из динасовых кирпичей, подину чаще делают основной.

Шихта для плавки состоит из скрапа углеродистой или легированной стали.

Диаметр электродов определяется мощностью потребляемого тока и составляют 350 – 550 мм. В процессе плавки нижние концы электродов сгорают, поэтому их постепенно опускают и при необходимости наращивают сверху. Мощность печного трансформатора зависит от емкости печи, технологического процесса и составляет 25 000 – 40 000 кВт. Расход электроэнергии в дуговых печах при работе на твердой шихте 600 – 900 кВт/т стали, расход электродов 6 – 9 кг/т стали.

§ 13. Технология выплавки стали в дуговых печах

В зависимости от чистоты шихтовых материалов применяют две разновидности процесса плавки:

с окислением примесей;

без окисления примесей.

Плавка с окислением примесей

Технология такой плавки в основной дуговой печи подобна технологии плавки в мартеновских печах (скрап — процессом).

Используется шихта с содержанием углерода на 0,5 – 0,6 % выше, чем в готовой стали. На подину печи загружают мелкий стальной лом, затем более крупный. Скрап укладывается как можно плотнее для устойчивого горения дуги. В дуговые печи малой и средней емкости загружают мульдами или лотками через завалочное окно, а в печи большей емкости (30 – 80т) через свод, который отводят в сторону вместе с электродами. После загрузки шихты электроды опускают до легкого соприкосновения с шихтой. Подложив под нижние концы электродов кусочки кокса (для более плавного зажигания дуги) включают ток и начинают плавку стали.

При выплавке стали в дуговых печах различают окислительный и восстановительный периоды.

Во время окислительного периода расплавляется шихта, окисляется Si, Mn, P, избыточный С, частично Fe и др. элементы, например, Cr, Ti и образуется первичный шлак. Реакции окисления такие же, как в мартеновском процессе. Фосфор из металла удаляется в течение І половины окислительного периода, пока металл в ванне сильно еще не прогрелся. Образовавшийся при этом первичный фосфористый шлак в количестве 60 – 70 % удаляют из печи.

Для получения нового шлака в печь подают обожженную известь, железную руду, бокситы, плавиковый шпат, битый шамотный кирпич. После удаления фосфора и скачивания первичного шлака металл хорошо прогревается и начинается горение углерода (кипение ванны). Во время кипения ванны в течение 45 – 60 мин избыточный углерод сгорает, растворенные газы и неметаллические включения удаляются. После удаления углерода скачивают весь шлак. Если в металле в период окисления углерода содержится меньше, чем требуется по химическому составу, то в печь вводят куски графитовых электродов или кокс.

Восстановительный период плавки. В этот период раскисляют металл, переводят максимально возможное количество серы в шлак, доводят химический состав металла до заданного и подготавливают его к выпуску из печи.

Восстановительный период при выплавке сталей с низким содержанием углерода проводится под белым (известковым) шлаком, а при выплавке высокоуглеродистых сталей (более 1 % С) – под карбидным шлаком.

Выплавка металла под белым шлаком.

Для получения белого шлака в печь загружают шлаковую смесь (4 % массы металла), состоящую из 80 % извести и 20 % плавикового шпата. Через некоторое время на поверхности металла образуется слой шлака с достаточно высокой концентрацией FeO и MnO. Пробы металла имеют темный цвет. Этот шлак не может раскислять металл.

Перед раскислением металла в печь забрасывают 2 – 3 порциями вторую шлаковую смесь, состоящую из 4 – 5 частей кусковой извести, 1 части плавикового шпата, 2 – 3 частей молотого древесного угля и кокса.

Через некоторое время содержание FeO и MnO в шлаке снижается, закись железа FeO начинает переходить в шлак.

Для усиления раскисляющего действия белого шлака на металл к концу периода в печь забрасывают порошок ферросилиция, под влиянием которого содержание FeO в шлаке снижается до 1 – 1,5 %. В белом шлаке содержится 50 – 60 % СаО, а на поверхности его плавает древесный уголь, что позволяет эффективно из металла удалять серу.

В этот период в металл вводят необходимые добавки, в том числе и легирующие. Окончательно металл раскисляют в печи алюминием.

Выплавка металла под карбидным шлаком.

На І стадии восстановительный период происходит так же, как и под белым шлаком. Затем на поверхность шлака загружают карбидообразующую смесь, состоящую из 1 части кокса, 3 частей извести и 1 части плавикового шпата. При высоких температурах происходит реакция, в результате которой образуется карбид кальция СаС2, который увеличивает раскислительную и обссеривающую способность карбидного шлака. Карбидный шлак содержит 55 – 65 % СаО и 0,3 – 0,5 % FeO, он обладает науглероживающей способностью.

Выплавка стали без окисления примесей

Этот метод называется методом переплава. В печь не загружают железную руду, условия для кипения ванны отсутствуют. Шихта состоит из легированных отходов с низким содержанием фосфора, поскольку его нельзя будет удалить в шлак. В печь загружают отходы стали близкие по химическому составу к готовой стали. Для понижения содержания углерода в шихту добавляют 10 – 15 % мягкого железа (0,1 % С). Образующийся при расплавлении шихты первичный железистый шлак из печи не удаляют. Это сохраняет легирующие элементы (Cr, Ni, V), которые переходят из шлака в металл. В восстановительный период плавки может быть белый или карбидный шлак.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector