2.5.6. Производство сталей в электропечах
Плавка стали в электродуговых печах.
Электросталеплавильный процесс, появившийся в конце Х1Х - начале ХХ в., более совершенный способ выплавки, чем кислородно-конверторный и мартеновский. В электродуговой печи легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока; можно создать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу, легче легировать легкоокисляющимися элементами. В дуговых электропечах выплавляют наиболее качественные конструкционные, высоколегированные, коррозионно-стойкие, жаропрочные, инструментальные и другие стали.
Печь состоит из стального кожуха со сферическим днищем, выложенного изнутри огнеупорным кирпичем. Сверху рабочее пространство перекрыто съемным сводом с тремя угольными электродами. Электроды закреплены в специальном механизме и могут подниматься и опускаться.
Рис. 2.3. Принципиальная схема дуговой печи:
1 – футеровка; 2 – съемный свод; 3 – угольные электроды;
4 - электрододержатели; 5 – загрузочное окно; 6 – дверка окна; 7 – желоб;
8 – электрическая дуга; 9 – жидкий расплав; 10 – механизм поворота.
Печь имеет механизм поворота. Сталь сливается через желоб. Емкость дуговых электропечей 0,5-400 тонн. Печи питаются трехфазным переменным током. U=180 - 600B; I=1-10 КА. Постоянный ток способствует электролизу и поэтому не применяется. Обычно для плавки стали в дуговых электропечах применяют шихтовые материалы в твердом состоянии. Шихта состоит из стального лома, чугуна, железной руды, флюсов, ферросплавов.
Различают печи с основной футеровкой (применяются в металлургическом производстве, флюсом является известь) и с кислой футеровкой (в литейном производстве, флюс – кварцевый песок). Шихта загружается сверху с помощью бадьи или грейфером. Мелкие печи загружаются шихтой через загрузочные окна. Плавка шихты происходит за счет тепла при горении трех электрических дуг образующихся между электродами и металлом (Тдуги более 30000С). Для полного раскисления в конце плавки вводят ферросилиций и технический алюминий. При выплавке легирующих сталей вводят легирующие добавки, после чего металл нагревают, выдерживают 15 минут и сливают. Процессы окисления примесей и удаления фосфора и серы в шлак аналогичны мартеновским. С целью интенсификации плавки в печах сталь продувают кислородом.
Плавка стали в индукционных печах.
Индукционные электрические печи используются для выплавки высококачественных сталей и сплавов со специальными свойствами.
Рис. 2.5. Схема индукционной печи:
1 – тигель; 2 – водоохлаждаемый индуктор; 3 – сливной носок;
4 - сталеразливочный ковш; 5 – жидкий расплав; 6 – вихревые токи.
Индукционная печь состоит из огнеупорного тигля, охваченного водо-охлаждаемым индуктором, огнеупорного пода, съемного свода, сливного носка и механизма поворота. Питание индуктора ведется от высокочастотного генератора от 50 до 1000 кГц. Емкость тигля от 60 кг до 25 тонн.
При плавке в индукционных печах вредные примеси (S,Р) из металла не удаляются, поэтому используют шихту с минимальным их содержанием. Шихтовые материалы загружают сверху. При пропускании тока через индуктор в металле, находящемся в тигле, индуктируются мощные вихревые токи, что и обеспечивает нагрев и плавление металла. Под действием электромагнитного поля индуктора при плавке происходит интенсивная циркуляция жидкого металла, что способствует ускорению химических реакций, получению однородного по химсоставу металла, быстрому всплыванию неметаллических включений. В конце плавки производят раскисление.
Преимущества: отсутствие электрической дуги, что способствует малому угару С и других элементов.
Малые габариты печи, что позволяет проводить плавку в любой атмосфере или в вакууме.
Недостатки: малая стойкость футеровки, прогрев шлака идет за счет теплоты металла.