книги из ГПНТБ / Каблуковский А.Ф. Перспективы развития электрометаллургии

Рис. 3. Дуговая 10-т электропечь с отворачивающимся сводом

(после реконструкции)

9'

Продувка кислородом

До 1956 г. продувку жидкой

стали кислородом в дуговых пе­

чах осуществляли вручную ме­ таллическими футерованными

трубками, которые вводили в ван­ ну через отверстие в съемной ме­

таллической заслонке рабочего окна. На некоторых заводах стальные трубки армировали специальными кольцами.

При указанном способе про­ дувки расходовалось большое ко­ личество дефицитных стальных трубок и увеличивалась загрузка

обслуживающего персонала.

рована. Для продувки применяют специальные водоохлаждаемые

фурмы (рис. 4).

Расположенную над сводом фурму укрепляют в стойке и снаб­ жают механизмом перемещения; соединение фурмы с кислородопроводом осуществляют шланга­ ми. При продувке металла кисло­ родом фурму (рис. 5) через отверстие в своде опускают верти­ кально в печь на расстояние 150— 200 мм над уровнем шлака, после чего подают кислород под давле­ нием 8—12 атм. Стойкость фурм

(без ремонта) превышает 100

40

плавок. Управление положением фурм в печи осуществляется с пульта сталеваром.

Внедрение водоохлаждаемых кислородных фурм в производ­ ство значительно облегчило труд обслуживающего персонала и

вызывавшихся ранее заменой сгоревших трубок, а также вслед­

ствие повышенной интенсификации процесса окисления металла кислородом.

Рис. 5. Общий вид установки для ввода кислорода в ванну через свод печи

Присадка шлакообразующих

До сих пор тяжелой физической работой является забрасы­ вание в печь железной руды, извести, плавикового шпата и дру­ гих материалов.

На заводе «Днепроспецсталь» операция присадки в печи

шлакообразующих добавок механизирована [2] с помощью ре­ конструированной загрузочной машины Плюйко, предназначен­ ной для обслуживания ферросплавных печей. После замены хо­ довой части, удлинения направляющих, механизации загрузки

•сыпучих материалов в бункера, переделки забрасывающего ап­ парата и кулисного механизма машины Плюйко были примене­ ны для подачи материалов ,в дуговые электропечи. В тече­

li

ние плавки машина забрасывает только одной извести до 4 т.

Управление агрегатом автоматизировано. На некоторых печах для загрузки ферросплавов, шлакообразующих и других мате­

риалов по ходу плавки применяют мульдозавалочные машины кранового или напольного типа.

Перемешивающие устройства

Одним из средств ускорения плавки в дуговых печах и улуч­ шения качества стали является интенсивное перемешивание ме­

таллической ванны. Ручное перемешивание металла гребками на

печах большой емкости является малоэффективной и трудоемкой операцией. Механизация перемешивания жидкой стали в дуго­ вых печах давно привлекала внимание исследователей и в 1935—1938 гг. Н. В. Окороков практически доказал возможность электромагнитного перемешивания жидкой стали путем исполь­ зования кругового и дугового статоров, расположенных под ван­ ной электропечи.

Для перемешивания жидкой стали на ряде печей Швеции двухфазный статор со стержневой обмоткой располагают под днищем печи и питают током от двухфазной моторгенераторной группы. Образуемое статором бегущее магнитное поле наводит электрические токи в металлической ванне. В результате взаи­ модействия индуктированных в жидком металле токов и магнит­ ного поля статора частицы металла приходят в движение

(рис. 6).

При этом металл у подины движется сначала в направлении от загрузочного окна к сливному отверстию, затем поднимается вверх, перемещается к загрузочному окну и от него движется

вниз. Практически скорость движения металла определяют поскорости перемещения частиц извести, брошенной на поверхность ванны. При наличии шлака скорость движения поверхностного слоя металла несколько уменьшается. При электромагнитном перемешивании ванны имеется возможность регулировать на­ правление движения металла и таким путем значительно облег­

чать трудоемкую операцию скачивания шлака. В результате на­

правленного перемешивания ванны шлак отгоняется от стенок и сливного отверстия и накапливается у порога рабочего окна и

при достаточной жидкоподвижности и наклоне печи сходит в шлаковню самотеком.

Электромагнитное перемешивание металла способствует бы­ строму уменьшению неоднородности химического состава ванны,, что особенно важно при выплавке высоколегированных сталей, в частности быстрорежущих, нержавеющих, жаростойких и дру­

гих.

При обычных методах ведения плавки разность температур верхних и нижних слоев металла в рафинировку достигает 30— 50°; благодаря индукционному перемешиванию температура

12

верхних и нижних слоев ванны быстро выравнивается и в пери­ од рафинировки практически одинакова.

При работе с индукционным перемешиванием значительно ускоряются все диффузионные процессы и реакции между шла-

Рис. 6. Схема дуговой печи с индукционным перемешивающим устрой­ ством

ком и металлом, в результате длительность периода рафиниро­

вания может быть уменьшена на 30—40 мин. при улучшении ка­ чества металла; скорость десульфурации при электромагнитном перемешивании значительно увеличивается. Электромагнитное

13

перемешивание оказывает существенное влияние на ход реакции раскисления металла [4].

Содержание кислорода в металле снижается в период рафи­

нием производительности труда и улучшением качества выпу­ скаемой продукции.

Рис. 7. Изменение содержания кислорода в металле в период рафи­ нирования:

а — плавки с электромагнитным перемешиванием; б — обычные плавки

Таким образом, целесообразность применения перемешиваю­ щих устройств для дуговых печей неоспорима. По Мнению- H. В. Окорокова [5], для крупных печей емкостью примерно бо­ лее 15—20 т следует применять статоры низкой частоты, двух­ фазные с расщепленной фазой и питанием от специальных гене­ раторов низкой частоты.

Для меньших печей перспективны из-за своей относительной

простоты, дешевизны и отсутствия надобности в специальных генераторах статоры на 50 гц\ их целесообразно питать трехфаз­ ным током от печного трансформатора. При этом применение разъемных перемешивающих статоров на 50 гц не потребует пе­ ределки и реконструкции действующих печей емкостью 15—20 т.

Вполне рациональным и перспективным является укладка пере­ мешивающих статоров на 50 гц с изоляцией из огнеупорного бетона в подины печей.

Новые способы определения состава стали

Отбор проб металла и шлака по ходу плавки из печи в проб-

ницы выполняют хорошо ошлакованной ложкой вручную.

При выплавке сложных высоколегированных марок стали

14

ции, измеряются с помощью электронной измерительной схемы ЭС. Для определения концентраций того или иного элемента в основной пробе предварительно по эталонам строят градуиро­ вочные графики. Некоторые квантометры снабжают приспособ­ лениями, печатающими на бумажной ленте результаты анализа в процентах. Многие приборы автоматизированы: после помеще­ ния проб в штатив и нажатия кнопки они выполняют заданную программу обжига и экспозиции, накопления заряда и т. д.

Комплект, состоящий из выходной щели 4, приемника света 5, накопительного конденсатора 6 и соответствующей определен­

трех до нескольких десятков. Наиболее универсальными и широ­ ко распространенными являются многоканальные приборы.

Квантометр, имеющий 30 каналов, может одновременно опре­ делять 15—25 элементов, содержащихся в стали. Он размещается в отдельной комнате (5X7 л2), в которой поддерживается по­

ошибка определения составляет 1,0—1,4% и возрастает при опре­ делении низких концентраций элементов. Вся операция от взя­ тия пробы до выдачи результатов анализа занимает не более 10 мин. ((транспортировка образца 4 мин., обточка 2 мин., экспо­ зиция и запись результатов 1 мин., передача результатов на печь 2 мин.), в то время как длительность химического экспресс-ана- лиза составляет 35—55 мин.

Применение квантометров вместо принятых малопроизводи­ тельных химических и фотографических спектральных методов

экспрессного анализа сокращает продолжительность плавки и

уменьшает брак продукции из-за непопадания в заданные пре­

делы содержания легирующих элементов.

По имеющимся данным [6], на заводе «Днепроспецсталь» фо­ тоэлектрическая установка позволяет производить анализ пробы среднелегированной стали на семь элементов (никель, кремний, молибден, марганец, хром, вольфрам, ванадий) за 7 минут. Точ­ ность спектрального анализа на фотоэлектрической установке несколько выше, чем при фотографических методах спектрально­ го анализа.

Автоматизация процесса плавки

При выплавке стали в дуговых электропечах субъективное

влияние обслуживающего персонала на процесс плавки еще ве­ лико. Поэтому качественные показатели плавок стали одной и той же марки могут колебаться в известных пределах, что при­ водит к нестабильности отдельных свойств стали.

16

Комплексная автоматизация управления технологическим процессом позволит более правильно эксплуатировать плавиль­ ный агрегат и стандартизировать все операции плавки. Разнооб­ разная контрольно-измерительная аппаратура будет улавливать те или иные отклонения отдельных технологических параметров от заданных величин, суммировать их и подавать соответствую­ щие указания исполнительным приборам и механизмам. Послед­ ние будут устранять отклонения и выравнивать процесс плавки. Применение на некоторых печах счетно-вычислительных машин в системе регуляторов положения электродов и непрерывное из­ мерение температуры металла, шлака, футеровки и тепловых потерь по ходу плавки является началом комплексной автомати­ зации управления технологией электроплавкй.

Для регулирования положения электродов в печи по ходу плавки применяют автоматические регуляторы. Изменение под­ водимой мощности в тот или иной период плавки осуществляют

путем изменения вторичного напряжения или тока дуги. Повы­ шение или понижение напряжения требует отключения печи и выполняется ограниченное число раз за плавку. В течение остального времени подводимую мощность регулируют измене­ нием силы тока дуги. Необходимую силу тока при данном на­ пряжении поддерживают изменением длины дуги (сопротивле­ ния дуги), т. е. путем подъема или опускания электрода. К не­ достаткам существующих устройств автоматического регулиро­ вания следует отнести:

а) невозможность точного соблюдения установленного элек­ трического режима плавки;

б) значительные отклонения фактических значений силы то­ ка (+15—20%) от заданных;

в) зависимость среднего значения полезной мощности печи от изменения напряжения сети (первичного), сопротивления то­ коподводящей сети и от количества и характера возмущений.

В целях совершенствования старых и создания новых мето­ дов и устройств управления процессом введения электроэнергии в печь на ряде печей в схему электромашинных регуляторов вве­ дены специальные вычислительные устройства [8] (рис. 9).

Работа вычислительного устройства (ВУ) по управлению ко­ личеством вводимой в печь электроэнергии заключается в сле­ дующем.

ВУ работает совместно с электромашинным регулятором, ко­

торый регулирует длину дуги. Токи от трансформатора тока и фазового напряжения, пропорциональные току и напряжению ду­ ги, в схеме регулятора направляются встречно и сравниваются между собой. Когда электрический режим плавди соответствует заданному, разность токов равна нулю. В случае отклонения ре­ жима от заданного, например увеличения тока дуги,- возникает разность токов, которая вызывает появление тока в управляю­ щей обмотке электромагнитного усилителя (ЭМУ) и напряже-