3.3. Виробництво сталі в електропечах
Електрометалургійний спосіб виробництва сталі почали використовувати на початку XX ст. Цим способом сталь виплавляють у дугових і індукційних електропечах. В них досягають високих температур, що перевищують 2000 °С. Це дає змогу виплавляти сталі і сплави будь-якого складу. Створення відновлювального середовища або вакууму сприяє доброму розкисленню сталі, виведенню газів, якісному очищенню від сірки і фосфору.
В дугових та індукційних печах виплавляють електросталь, яка має високі якісні показники, але є дорогою, тому що потребує багато електроенергії.
Для виплавляння сталі в дугових печах застосовують трифазні печі прямого нагрівання, які виготовлені з товстолистової сталі у формі циліндра (рис. 2.3.5).
Рис. 2.3.5. Схема дугової електропечі
Усередині піч викладена вогнетривом-динасовою або хромомагнезитовою цеглою. Дно роблять плоским або сферичним. Склепіння печі 4 знімне і має отвори для електродів 3 (вуглецевих або графітових), які можуть підніматися і опускатися спеціальним механізмом. Кількість електродів відповідає кількості фаз електроструму. Завантаження шихти здійснюють через вікно 5, готову сталь виливають через випускний отвір 2.
Електрична дуга 1 запалюється між електродами і металевою шихтою, її довжина регулюється автоматично. Місткість електродугових печей 25—200 т, тривалість плавки залежить від об'єму та сорту сталі і становить 2—6 годин. До складу шихти входять: стальний брухт, відходи сталеплавильного виробництва, залізна руда, окалина (для окислення домішок), флюси.
Технологія виплавляння сталі в дугових печах включає такі операції:
заправлення подини;
завантаження шихти;
опускання електродів;
• розплавлення шихти, окислення домішок;
зливання шлаку;
кипіння розплаву;
випускання готової сталі.
Основними техніко-економічними показниками дугових електропечей є:
Добова продуктивність печей середньої місткості складає 12—15 т на 1000 кВА потужності трансформатора.
Витрати електроенергії — 500—600 кВт·годин на 1 т сталі.
Витрати графітових електродів — 6,5 шт. на 1 т сталі.
Шляхами покращення техніко-економічних показників є:
збільшення об'єму печей до 500—600 т і кількості електродів до 6 шт.
застосування кисневого дуття;
збільшення потужності трансформаторів;
використання в шихті металізованих грудок замість чавуну;
впровадження позаагрегатного рафінування сталі.
Плавлення в індукційних печах (рис. 2.3.6) виконують з використанням добірного скрапу (з малою кількістю домішок фосфору і сірки та однорідним хімскладом). Шихта завантажується в керамічний вогнетривкий тигель 2, що вставлений всередину індуктора 1. Індуктор — це спіраль, виконана із мідної трубки і приєднана до генератора високочастотного струму. При включенні генератора в індукторі ініціюються вихрові струми, які нагрівають і розплавляють шихту. Наприкінці плавлення до розплаву сталі 3 додають розкислювачі і легуючі елементи.
Цим способом отримують так звані індукційні, високолеговані маловуглецеві сталі високої якості та сплави особливого призначення. У вакуумних печах виплавляють високолеговані жаростійкі, жароміцні конструкційні малолеговані сталі та спеціальні сплави.
Рис. 2.3.6. Схема індукційної електропечі
Недоліки індукційних печей — малий об'єм тигля (5—25 т), малий термін використання (до ста разів), велика вартість електричного обладнання, великі витрати електричної енергії, а загалом висока собівартість сталі.
Продуктивність індукційних печей становить близько 40 т на 1000 кВт установленої потужності трансформатора. Витрата енергії на 10 % вища, ніж у дугових печах. Проте, доля сталі виплавленої в індукційних електропічах зростає.