41. Выплавка стали в электрических печах

Наиболее совершенным методом производства стали является метод выплавки стали в электрических печах.

В настоящее время около 30% стали выплавляется именно этим методом.

Выплавка стали в электропечах основана на использовании электрической энергии, трансформируемой в теплоту, которая используется для нагрева, расплавления и поддержания металла в расплавленном состоянии.

В отличие от кислородно-конвекторного метода выделение тепла не связано с использованием окислителей (в печь не подают воздуха для горения топлива).

В связи с этим плавку в электрических печах можно вести в любой атмосфере:

- окислительной, восстановительной, нейтральной (инертный газ);

- широком диапазоне давлений – в вакууме, при атмосферном и повышенном давлениях.

Современные электрические печи для выплавки стали можно разделить на две группы — дуговые и индукционные.

Наиболее распространены дуговые электропечи.

!!! В дуговых печах теплота образуется от горения электрической дуги, возникающей между электродами и металлическим дном корпуса печи

Температура в дуге достигает более 4000ºС, что позволяет получать в электропечи более высокую температуру (до 2000ºС), чем в мартеновской печи.

Высокая температура дает возможность:

- увеличивать количество известковых флюсов (CaO) для более полного удаления фосфора и серы;

- получать легированные стали, содержащие такие тугоплавкие элементы, как вольфрам, ванадий, молибден и др.

Дуговая печь имеет следующие основные части:

- сварной или клепанный кожух цилиндрической формы, со сфероидальным или плоским днищем (подом);

- съемный арочный свод с отверстиями для электродов;

- механизм для закрепления вертикального перемещения электродов;

- механизм наклона печи, позволяющий поворачивать печь при выпуске стали по желобу и в сторону загрузочного окна для скачивания шлака.

Под дуговой сталеплавильной печи облицован огнеупорной кирпичной кладкой, свод охлаждается водой и может сдвигаться в сторону для загрузки печи.

Через два или три отверстия в своде вводятся угольные или графитовые электроды.

При вертикальном положении электродов электрическая дуга образуется между каждым электродом и металлом. Металлическая часть шихты служит промежуточным проводником.

Процесс плавки включает: расплавление шихты, окисление примесей, раскисление стали, доводку стали до требуемого химического состава.

Плавка стали, обычно, производится следующим образом:

1. Свод печи отводят в сторону и на под (дно) печи осторожно загружают металлолом.

2. После этого свод возвращают на место, а электроды в печь опускают так, чтобы они на 2–3 см не доходили до верха загруженного металлолома.

3. Зажигают дугу и по мере расплавления завалки (металлолом и шихта) постепенно увеличивают мощность.

4. В печь вводят кислород для окисления углерода и кремния в завалке и известь для образования шлака.

На этом этапе химия плавки такая же, как и в кислородно-конвертерном процессе.

5. По окончании периода окисления отбирают пробу, анализируют ее и, при необходимости, корректируют состав стали.

6. Затем выключают дугу, поднимают электроды, наклоняют печь и выпускают сталь в ковш.

Емкость электропечей, применяемых в сталелитейных цехах, колеблется от 500 кг до 10 т.

Качество стали, полученной любым из трёх рассмотренных методов, может быт улучшено путём внепечного рафинирования. Наиболее распространены в производстве следующие методы рафинирования:

- аргонно-кислородная продувка металла для выплавки нержавеющих сталей;

- вакуумная обработка жидкой стали для её очистки от неметаллических включений и водорода;

- обработка стали жидкими синтетическими шлаками (53% CaO, 40% Al₂O₃, 3% SiO₂ и до 1% FeO).

Основная часть стали перерабатывается путём механической обработки по следующей схеме:

- разлив стали в чугунные формы – изложницы;

- кристаллизация в виде слитка;

- обрезка и зачистка слитка;

- превращение слитка в обжимных станах (блюминг, слябинг) в заготовку;

- далее заготовка перерабатывается в изделие прокатом.