2.2.2. Печи для дуплекс- и триплекс- процессов
Дуплекс- и триплекс-процессы являются комбинированными способами производства стали, при которых плавка последовательно ведется в двух или трех плавильных агрегатах.
Примером дуплекс-процесса может быть плавка стали в основной и кислой мартеновских печах. При этом в основной печи производится расплавление рядового стального лома и максимальное удаление из металла фосфора и серы, а в кислой – производится доводка и раскисление металла. Однако дуплекс-процесс такого рода применяется только при выплавке высококачественной стали, обычно разливаемой в слитки.
Из триплекс-процессов для фасонного литья был осуществлен процесс вагранка – малый бессемеровский конвертер – кислая электропечь. В этом случае электропечь служит в основном в качестве копильника жидкой стали для удобства подачи ее малыми порциями на конвейер. Вагранка и конвертер ничем не отличаются от обычных. Электропечь имеет гораздо более глубокую ванну, т. к. в ней не происходит расплавления твердой шихты. Поэтому трехтонная сталеплавильная печь вмещает 5 и более тонн металла. Такая печь имеет значительно меньшую мощность печного трансформатора, дроссель в системе питания печи отсутствует.
2.3. Производство стали в электропечах
2.3.1. Электродуговые печи
В литейном производстве дуговые печи используют для выплавки стали и чугуна из металлического лома и для перегрева жидкого чугуна, получаемого в вагранках или других первичных плавильных печах. В дуговых печах электрическая дуга возникает непосредственно между электродом и расплавляемым металлом, поэтому их называют печами прямого действия. Электрический режим работы дуговой печи зависит от режима процесса плавки. При расплавлении металлического лома печь работает на максимальной мощности. При доводке жидкого металла до требуемого химического состава мощность печи сравнительно невелика.
Выплавка стали в электропечах основана на использовании электроэнергии для нагрева металла. Тепло в электропечах выделяется в результате преобразования электроэнергии в тепловую при горении электрической дуги либо в специальных нагревательных элементах, либо за счет возбуждения вихревых токов. Дуговые печи состоят из следующих основных частей: каркаса, механизма наклона, футеровки, свода, механизма перемещения свода, электродов, электрододержателей и механизма перемещения электрододержателей, электрооборудования, системы водяного охлаждения и гидравлического привода механизмов.
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.
Электросталь, предназначенную для дальнейшего передела, выплавляют главным образом в дуговых печах с основной футеровкой и в индукционных печах, состоящую из материалов на основе MgO. Футеровка печи создает ванну для металла и играет роль теплоизолирующего слоя, уменьшающего потери тепла. Основные части футеровки – подина печи, стены, свод. Температура в зоне электрических дуг достигает нескольких тысяч градусов. Хотя футеровка электропечи отделена от дуг, она все же должна выдерживать нагрев до температуры 1700 ºС. В связи с этим применяемые для футеровки материалы должны обладать высокой огнеупорностью, механической прочностью, термо- и химической устойчивостью.
Рис. 7. Схема дуговой плавильной печи
Дуговая печь питается трехфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закрепленных в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключен в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6. Съемный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Печь загружают при снятом своде.
Дуговые печи бывают различной емкости (до 250 т) и с трансформаторами мощностью до 125 тыс. кВт.
Источником тепла в дуговой печи является электрическая дуга, возникающая между электродами и жидким металлом или шихтой при приложении к электродам электрического тока необходимой силы. Дуга представляет собой поток электронов, ионизированных газов и паров металла и шлака. Температура электрической дуги превышает 3000 ºС. Дуга, как известно, может возникать при постоянном и переменном токе.