Варіанти технології електроплавки сталі

Об'ємно-планувальні рішення ЕСПЦ в першу чергу визначаються заданим сортаментом сталей і обраною технологією їх виробництва. З усього різноманіття технологічних процесів одержання електросталі можна виділити наступні:

1. Переплав легованих відходів з продувкою ванни киснем. Мартенівський сортамент конструкційних маловуглецевих і вуглецевих сталей виплавляють одношлаковим процесом. Електропічний сортамент – нержавіючі, підшипникові, електротехнічні, швидкорізальні та ін. спеціальні сталі – виплавляють, як правило, двохшлаковим процесом;

2. Плавка електросталі «на свіжій шихті» – з використанням рядового сталевого брухту і вуглецевих відходів з повним окисленням. Електропічний сортамент і леговані конструкційні сталі мартенівського сортаменту виплавляють двохшлаковим процесом; вуглецеві сталі – одержують одношлаковим процесом.

3. Плавка електросталі на шихті з металізованих окатишів і власних легованих відходів. Цей метод застосовується при виплавці високолегованих марок сталей, до яких пред'являються підвищені вимоги по домішках кольорових металів. Звичайно, це трансформаторні, електротехнічні сталі, ряд марок малолегованих і вуглецевих сталей.

4. Технологія вищого рівня – одержання сталі дуплекспроцесом: дугова сталеплавильна піч (ДСП) – агрегат комплексної обробки стали (АКОС).

Перші три технологічних варіанти досить докладно викладено в навчальній і технічній літературі по електроплавці сталі. Тому ми не будемо зупинятися на фізико-хімічних особливостях кожного процесу або його окремих періодах, а охарактеризуємо лише коротенько технологічний регламент, властивий цим трьом технологіям.

Взагалі технологія виплавки сталі в дугових електропечах незалежно від виду застосованої футеровки, джерела живлення постійного або змінного типу, а також марки сталі включає періоди плавки, які характеризуються роботою печі під струмом і безструмної заборгованості печі. Якщо раніше ми оперували поняттям «тривалість плавки», то останнім часом виник термін «тривалість циклу плавки». Перший термін відноситься до роботи ДСП з повним випуском всіх продуктів після кожної плавки і тривалість плавки (Т_пл) визначається як сума тривалості всіх періодів плавки плюс міжплавочні простої.

Т_пл = t_з + t_зав + t_ок + t_від + t_в + t_пр, хв,

де: t_з, t_зав, t_ок, t_від, t_в, t_пр – тривалість відповідно заправки, завалки, окисного, відновного періодів, випуску і простоїв у проміжках між кінцем випуску і початком заправки. В табл.3.3 наведено усереднені показники тривалості періодів плавки для печей різної місткості для масового сортаменту сталей при організації двохшлакового процесу.

Таблиця 3.3. Тривалість періодів електроплавки сталі в ДСП

Заправка печі. Після випуску з печі металу і шлаку піч очищають від залишків металу і шлаку і проводять заправку укосів печі сипучими матеріалами в суміші зі зв'язкою, в якості якої найчастіше застосовують рідке скло. При порушенні футеровки подини проводять її наварку, шляхом подачі на ушкоджені місця заправних вогнетривких матеріалів. На малих печах заправка ведеться вручну, на великих печах, місткістю 50 т і більше, заправку ведуть за допомогою заправних машин. В печах з еркерним випуском сталі після кожної плавки ведуть заправку верхньої частини укосів, а після кожного циклу (15-20 плавок) піч спорожняють, подину очищають від залишків металу і шлаку та проводять заправку подини звичайним способом. Такий режим роботи печі дозволяє значно скоротити середній час заправки печі.

Завалка шихти. При використанні металовідходів власного виробництва з насипною масою 1,4-1,8 т/м³ завалку печі ведуть в один прийом. Однак, при застосуванні амортизаційного брухту з насипною масою 0,8-1,2 т/м³ завалку ведуть у два-три прийоми з підвалками після часткового проплавлення першого кошика. В цьому випадку дають 70-75% кускового брухту, до 10% чавуну, до 15-20% стружки дробленого і пакетованого легковагого брухту. Останнім часом на багатьох заводах застосовують замість частини металобрухту до 50-80 % металізованих окатишів, які завантажують в піч на металобрухт або в розплав через склепіння безупинно або періодично. На заводах з повним циклом останнім часом в якості металевої складової шихти застосовують рідкий чавун. Питання виплавки сталі з використанням рідкого чавуну будуть розглянуті далі.

Період розплавлення шихти. Після завалки основної металошихти піч вкривають склепінням, опускають електроди і приступають до розплавлення металобрухту. При цьому електроди опускаються долілиць, прорізаючи колодязі в шихті і метал стікає на подину. При досягненні електродами розплаву горіння дуг стабілізується. Для інтенсифікації плавлення в піч подають кисень для підрізки брухту і додаткового нагріву розплаву. Останнім часом для вирівнювання фронту плавлення і підвищення швидкості плавлення в холодних зонах печі встановлюють паливно-кисневі пальники. З метою використання максимальної потужності трансформатора при проплавленні основної частини металошихти, коли дуги оголюються і не екрануються, наводять спінені шлаки за рахунок вдмухування в шлаки порошкоподібних вуглецевих матеріалів. Ці технологічні прийоми властиві для технології вищого рівня і будуть розглянуті більш докладно далі. У класичній технології одночасно з металошихтою в піч дають шлакоутворюючі, що сприяє протіканню процесу дефосфорації ще до закінчення повного розплавлення шихти, коли температура розплаву невисока. По закінченню періоду плавлення беруть пробу металу і приступають до окислювального періоду.

Окислювальний період плавки. В цей період проводять дефосфорацію металу, видаляють гази і неметалеві включення, здійснюють підігрів металу і вирівнюють його температуру. Для реалізації цих технологічних операцій наводять окисний високоосновний шлак, ведуть продувку ванни киснем з метою окислення вуглецю з утворенням пухирців моноокису вуглецю, що сприяє кипінню ванни, прискорюючи тим самим дефосфорацію і дегазацію металу від водню і азоту, які видаляються разом з пухирцями моноокису вуглецю. Процес кипіння сполучають з постійним відновленням шлаків за рахунок присадки шлакоутворюючих і мимовільного сходу шлаків через поріг робочого вікна. Кратність шлаків окислювального періоду дорівнює 0,02-0,04. Для забезпечення умов дефосфорації і дегазації металу досить окислити 0,3-0,5 % С. Для скорочення періоду процес дефосфорації сполучають з кінцем періоду плавлення. По закінченні окисного періоду беруть пробу металу і скачують практично повністю окисні шлаки.

Відновлювальний період плавки. Відновлювальний період плавки в основній ДСП починається з наведення високоосновних беззалізистих шлаків за рахунок присадки вапна, плавикового шпату і бою шамотної цегли. Для забезпечення необхідних умов десульфурації проводять одночасне видалення кисню за рахунок дифузійного, глибинного або комбінованого розкислення металу шляхом присадки розкислювачів-порошків коксу або феросиліцію на шлак та феромарганцю і феросиліцію в кусках у глибину металу. Остаточне розкислення проводять високоактивними елементами – алюмінієм, кальцієм у чистому виді або у вигляді сплавів шляхом введення кускових матеріалів або порошкового дроту в піч або в ківш на випуску сталі. Доведення до заданого хімічного складу здійснюється добавкою феросплавів у піч або в ківш. Тривалість відновлювального періоду визначається маркою виплавленої сталі. Кратність шлаків відновного періоду становить 0,03-0,06.

Випуск сталі. Спосіб випуску сталі в ківш визначається, насамперед, конструкцією ДСП, а також наявністю шумозахисного кожуха. При використанні ДСП звичайної конструкції випуск сталі через звичайний жолоб проводиться в ківш, підвішений на крюку крана з подальшою позапічною обробкою сталі, передбаченою технологічним регламентом. Вибір способу позапічної обробки визначається маркою сталі та технологією її виробництва і більш детально буде розглянуто в окремій главі.

Відповідно до норм технологічного проектування основні показники розробляються для двох груп печей: 1 – для печей місткістю 6-25 т; 2 – для печей місткістю 50-150 т. Для печей першої групи розробляється класичний процес у ДСП з цегельною футеровкою, які працюють тільки з використанням тепла дуг із застосуванням кисню для підрізування металобрухту і продувки ванни киснем, з реалізацією в ДСП всіх необхідних технологічних операцій двохшлаковим процесом, який включає окислювальний і відновлювальний періоди і часткову позапічну обробку.

В табл. 3.4 і 3.5 наведено тривалість класичного процесу електроплавки сталі і питомої витрати матеріалів та енергії по нормах технологічного проектування для печей першої групи.

Таблиця 3.4. Тривалість окремих періодів плавки в дугових сталеплавильних печах першої групи ( г-хв.)

Таблиця 3.5. Питома витрата матеріалів і електроенергії для печей першої групи

Для печей другої групи (50, 100, 150 т) (табл. 3.6-3.11) норми встановлено для умов роботи на холодному брухті, із застосуванням газоподібного кисню і газокисневих пальників, одношлаковим процесом з виносом процесів для доведення сталі в агрегати комплексної обробки сталі (АКОС) з безшлаковим випуском металу, з розливкою на МБЛЗ. Застосовують печі з елементами склепіння і стін, які водоохолоджуються, ексцентреним випуском сталі в ківш, встановлений на сталевозі, завантаженням сипучих матеріалів зверху через п'ятий отвір у склепінні, установкою печей у димошумоізолюючих камерах. Завантаження брухту здійснюється у два прийоми. Доставка брухту в контейнерах і насипом, з корегуванням магнітними кранами. Заправка укосів і стін печі здійснюється машинами двох типів: центробіжною, яка вводиться в піч краном через верх, і пневмомеханічною, з подачею матеріалу через робоче вікно. Заправка здійснюється периклазовим порошком зі спецдобавками.

Таблиця 3.6. Тривалість окремих періодів плавки в дугових сталеплавильних електропечах другої групи (г-хв)

Нарощування електродів проводиться за допомогою спеціального пристрою на стендах, перепуск електродів – на відверненому склепінні. Електроди – графітовані, з припустимою щільністю струму – 28-35 А/см². Печі оснащено трьома газокисневими пальниками, встановленими в стінці кожуха печі між електродами і працюючими в початковий період кожної з двох завалок. Подача кисню у ванну печі здійснюється через робоче вікно, через стінку і подину печі. Вимір температури і взяття проб здійснюється механізованим пристроєм за допомогою змінних блоків. Доставка проб у лабораторію пневмопоштою.

Таблиця 3.7.Питома витрата матеріалів, енергоносіїв і води в електросталеплавильних цехах другої групи на 1 т рідкої сталі

Таблиця 3.8. Питома витрата вогнетривких матеріалів на ремонт і заправку дугових сталеплавильних електропечей, кг/т рідкої сталі

Таблиця 3.9.Відходи і втрати металу в електросталеплавильних цехах з печами другої групи, кг/т рідкої сталі

Таблиця 3.10.Питома витрата змінного устаткування для цехів другої групи, кг/т рідкої сталі

Таблиця 3.11. Питома витрата вапна, плавикового шпату і коксу в електросталеплавильних цехах, кг/т рідкої сталі

Футерована частина склепіння печі виконується з мулітокорундової, термоантрацитової або периклазохромітової цегли, стіни – з периклазовуглецевої або периклазохромітової цегли.

Застосовуються сталерозливочні ковші місткістю 70, 130 і 175 т з шиберними затворами, футеровані мулітокорундовою (робочий шар) і периклазографітовою (шлаковий пояс) цеглою.