2.3.1. Плавильный цех.
Плавильный цех предназначен для переплава лома черных металлов. Основным оборудованием плавильного цеха является дуговая сталеплавильная печь ДСП-12.
2.3.2. Описание технологического процесса.
В дуговых печах выплавляют основную часть высококачественных легированных и высоколегированных сталей. Основные достоинства дуговых печей, позволяющее выплавлять такие стали, заключается в возможности: быстро нагреть металл, благодаря чему в печь можно вводить большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки (в восстановительный период плавки), что обеспечивает малый угар вводимых в печь легирующих элементов; возможность более полно раскислить металл, получая его с более низким содержанием оксидных неметаллических включений, а также получать сталь с более низким содержанием серы в связи с её хорошим удалением в безокислительный шлак; плавно и точно регулировать температуру металла.
В отличие от конвертерного и мартеновского процессов выделение тепла в электропечах не связанно с потреблением окислителя. Поэтому электроплавку можно вести в любой среде - окислительной, восстановительной, нейтральной и в широком диапазоне давлений - в условиях вакуума, атмосферного или избыточного давления.
Плавление
Плавление и нагрев осуществляется за счёт тепла электрической дуги. Электрическая дуга – это поток электронов и ионов между анодом и катодом. При приложении к последним необходимого напряжения происходит эмиссия электронов с анода которые, соударяясь с молекулами газа в межэлектродном пространстве, вызывают их ионизацию; при этом положительно заряженные частицы движутся к катоду, а электроны к аноду, создавая дугу. Движущиеся к аноду электроны бомбардируют его, в результате чего кинетическая энергия электронов превращается в тепловую и световую, аналогичный процесс и дёт на катоде, бомбардируемым положительно заряженными частицами; температура бомбардируемого пятна анода составляет 3600-4000 градусов Цельсия, а температура столба дуги 6000. В дуговой сталеплавильной печи дуга горит между электродами и металлом (жидкая ванна, нерасплавленная шихта) и представляет собой поток электронов, ионизированных газов и паров металла и шлака.
Дуга, как известно, может возникать при постоянном или переменном токе. При работе печи на переменном токе при горении дуги между электродом и металлической
шихтой в первый период плавки, когда катодом является электрод, дуга горит, т. к. пространство между электродом и шихтой ионизируется за счет испускания электронов с нагретого конца электрода. При перемене полярности, когда катодом становится шихта (металл), дуга гаснет, т. к. в начале плавки металл еще не нагрет и его температура недостаточна для эмиссии электронов. При последующей перемене полярности дуга вновь возникает, поэтому в начальный период плавки дуга горит прерывисто, неспокойно, а после расплавления шихты, когда ванна покрывается ровным слоем шлака, дуга стабилизируется и горит ровно.
Существуют также дуговые печи, работающие на постоянном токе. У них есть ряд преимуществ перед печами работающими на переменном токе. Одно из них это отсутствие прерывистости горения дуги на начальном этапе плавки, также к преимуществам можно отнести уменьшение удельного расхода электродов до 60%, увеличение производительности печи (до 5%), снижение уровня шума, почти нет вибрации электродов, которая вызывает их поломки, а так же передаётся на всё оборудование.
Общее описание печи
Дуговая электропечь состоит из рабочего пространства с электродами и токоподводами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов и загрузку шихты. Плавку ведут в рабочем пространстве; на большинстве печей оно имеет свод и стенки, выполненные из огнеупорного материала. Схема такого пространства показана на рисунке 1.
Рис.1.
Сверху оно ограничено куполообразным сводом 1, снизу сферическим подом 6 и с боков стенками 2. Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух. Съёмный свод набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токоподводящие электроды 9, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Шихтовые материалы загружают на под печи, после их расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Плавление и нагрев осуществляется за счёт электрических дуг 5, возникающих между электродами и жидким металлом или металлической шихтой. Выпуск готовой стали и шлака осуществляют через сталевыпускное отверстие 4 и желоб 3 путем наклона рабочего пространства. Рабочее окно 7, закрываемое заслонкой 8, предназначено для контроля за ходом плавки, ремонта пода и загрузки материалов. Шихту в современных печах загружают сверху в открываемое рабочее пространство с помощью корзины (бадьи) с открывающимся дном; лишь на отдельных печах небольшой емкости сохранилась завалка шихты через рабочее окно.
Электрооборудование дуговой печи.
Дуговые печи – мощные потребители электроэнергии, поэтому для уменьшения потерь её подают к печам под высоким напряжением. Рабочее напряжение подаваемое на электроды, должно быть в переделах 110-800 В, поэтому каждая печь имеет отдельный трансформатор.
Периоды плавки
Заправка печи – на поврежденные участки футеровки разбрасывают магнезитовый порошок;
Загрузка шихты
Плавление – электроды опускают почти до качания с шихтой и подают напряжение.
Под действием высокой температуры дуг шихта под электродами плавится. Электроды постепенно опускаются вниз, проплавляя в шихте “колодцы”.
Когда электроды проплавят в шихте 3 колодца, свод и электроды приподнимают, печь поворачивают сначала в одну сторону на 40 градусов, проплавляя колодцы в новых местах, затем в другую строну на 80 градусов. Таким образом проплавляют 9 колодцев.
Во время плавления происходит окисление составляющих шихты, формируется шлак.
Для ускорения окисления применяют газокислородные горелки или применяют продувку кислородом.
Окислительный период – задачами является уменьшить содержание фосфора, водорода и азота в металле и окислить углерод до требуемого содержания в стали, также довести металл до температуры выпуска.
Восстановительный период – задачами является раскисление металла, удаление серы, доведение химического состава стали до заданного, корректировка температуры.
Выпуск стали – происходит через сталевыпускное отверстие при помощи наклона печи. Для наклона печи при сливе металла служит люлька. Механизм наклона может быть с гидравлическим или электромеханическим приводами.
Сталь сливается в ковши, часть стали твердеет на поверхности ковша, таким образом образуются отходы производства.
Схема и характеристики печи емкостью 12 тонн.
Р
ис.2.
Общий вид печи:
1. Свод;
2. Кожух;
3.Рабочее окно;
4. Механизм перемещения электродов; 5. Механизм наклона печи;
6. Футеровка ванны;
7. Желоб сливной;