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

Температура металла в ковше после выпуска плавки долж­ на быть в пределах 1580—'1620° (по замерам термопарой). Сплав разливают сифоном без подпрессовки в квадратные из­

ложницы для 500-кг слитков. Перед разливкой в каждую излож­ ницу заливают 50 см3 четыреххлористого углерода. Время на­ полнения изложниц жидким металлом 30—40 сек. Через 40— 50 мин. после разливки последнего поддона слитки выгружают в подогретые коробки — термостаты, которые подают в кузнеч­ ный цех. Температура слитков при посадке в нагревательные пе­ чи должна быть не ниже 600°. Легирование стали хромом и алю­ минием путем присадки лигатуры уменьшило продолжитель­ ность плавки на 20—25 мин., устранило брак металла по трещи­ нам и рванинам при ковке слитков, увеличило сквозной выход

годного до 68%. Производство и применение железохромоалю­ миниевых, хромотитановых, железоникелениобиевых, железомарганцеалюминиевых и других лигатур упростит легирование электростали, на 8—10% уменьшит продолжительность плавки,

2,5 часа. В печах большой емкости процесс десульфурации про­ текает медленно и даже при длительности восстановительного периода 2,5 часа равновесие между металлом и шлаком не устанавливается.

При выплавке стали ШХ15 в 50-т дуговых печах на свежей шихте среднее содержание серы в период окисления снижается

с 0,06 до 0,039%, в период рафинировки — с 0,039 до 0,023% и

за время выпуска металла в ковш-—с 0,023 до 0,0115%.

Содержание серы в металле перед выпуском и во время раз­ ливки мало зависит от длительности восстановительного перио­ да плавки. В восстановительный период плавки десульфурация

металла протекает медленно, в процессе же выпуска в ковш — весьма быстро. Процессы раскисления и десульфурации метал­ ла при электроплавке стали идут на поверхности соприкоснове­ ния металла со шлаком, и скорость их зависит от величины удельной поверхности и скорости диффузии, определяемой сте­ пенью перемешивания металла со шлаком и глубиной ванны.

Скорость процессов десульфурации и раскисления может быть увеличена путем электродинамического перемешивания ме­ талла в печи или путем увеличения удельной поверхности сопри­ косновения металла со шлаком, т. е. эмульгирования шлака при выпуске его и металла в ковш с большой высоты (3—5 м).

Н. М. Чуйко [21] предложил для обработки металла в ковше использовать восстановительные шлаки электроплавки, которые

заводят <в печи во время рафинировки и доводки металла по химическому составу и температуре.

В этом случае в печи необходимо иметь достаточное количе­ ство хорошо раскисленного высокоосновного, жидкоподвижного

шлака и правильно организовать выпуск шлака и металла в ковш. Обычно вначале выпускают основную часть шлака из печи в ковш, затем ковш опускают с таким расчетом, чтобы расстоя­ ние от носка желоба печи до уровня металла в ковше составляло 3—5 м и выпускают остальную часть шлака и металла.

В отличие от принятой технологии количество выжигаемого углерода за период окисления уменьшено до 0,2—0,3% (вместо

0,4—0,5%).

В восстановительный период плавки феррохром и ферромар­ ганец присаживают после скачивания окислительного шлака на голое зеркало металла.

При выплавке конструкционных сталей одновременно с фер­

рохромом вводят силикомарганец из расчета получения в метал­

ле 0,10—0,12% Si.

Шлак восстановительного периода заводят из извести (70%),

шамота и плавикового шпата (30%) в количестве 3% от веса металла.

Шлак раскисляют смесью из извести, кокса (0,1% от веса

металла) и молотого 75%-ного ферросилиция.

Содержание закиси железа в шлаке перед выпуском должно

быть меньше 0,4%, отношение—— =2,5—3.

SiO2

Количество шлака в печи должно составлять 4—5% от веса

металла.

Кусковой алюминий для окончательного раскисления метал­

ла вводят в ковш.

Сравнение качества металла, выплавленного по новой и при­

нашел применение для десульфурации и раскисления высоко качественных легированных сталей на заводах фирмы Южин во Франции.

50

2,5—3,0 час. (завалка мульдами), тогда как общая продолжи­ тельность завалки электропечи ломом того же качества состав­ ляет около 15—20 мин. (завалка сверху), если даже допустить,

что для этого потребуется две довалки.

Весь объем дуговой электропечи до самых краев боковых стен может быть заполнен ломом, после чего электроды проп­ лавляют колодцы через всю толщу загруженной шихты вне зависимости от габаритности лома. Загрузка мартеновской печи

ломом до свода преграждает путь газам и нарушает плавление шихты. В дуговой печи шихтовые материалы при сочетании вы­

сокого напряжения дуг с большой подводимой мощностью мо­ гут быть расплавлены приблизительно в два-три раза быстрее,

чем в мартеновской печи.

Другими словами, производительность дуговой печи на еди­ ницу номинальной емкости примерно в два-три раза выше, чем у мартеновской печи при использовании лома одинакового каче­ ства и выплавке стали одной и той же марки. Электропечь ем­ костью 60—70 т эквивалентна по производительности стационар­ ной мартеновской печи емкостью 160—180 т. Показатели ра­ боты четырех типичных печей США с завалкой сверху, исполь­ зуемых для плавки простой углеродистой стали методом пере­

По данным Бетеллевского института, стоимость строитель­

ства электросталеплавильного цеха в США составляет пример­ но 60% стоимости строительства мартеновского цеха эквива­ лентной мощности.

Столь значительная разница в объеме капиталовложений объясняется тем, что электросталеплавильный цех, имея мень­ шие размеры и большую компактность, выпускает плавки мень­ шего веса за более короткие промежутки времени и при той же

52

производительности не требует массивных фундаментов, мощных

мостовых кранов, больших ковшей и другого тяжелого оборудо­ вания.

Вследствие быстрого хода плавки металл в электропечи мень­

ше окисляется печными газами, поэтому при работе на твердой завалке выход слитков при плавке в электропечи на 2—3% вы­

ше, чем в мартеновской печи. Стойкость футеровки электропечей

колеблется в значительных пределах, однако ремонт сводов и стен электропечей требует меньшего времени, чем ремонт мар­ теновский печей. Вес огнеупорных материалов, приходящихся на

1 т производственной мощности электропечей, значительно мень­ ше, чем в мартеновских печах, что связано с отсутствием регене­ раторов и шлаковиков у электропечей и с их меньшими габарит­ ными размерами. Практикой установлено, что износ изложниц и поддонов в электросталеплавильном производстве несколько вы­ ше, чем в мартеновском производстве. Это объясняется главным образом большим разъедающим действием электростали. Одна­ ко другие статьи издержек производства (расход флюсов и ле­

гирующих добавок, ремонт ковшей, внутризаводские перевозки, расход воды, смазочных материалов, инструмента и т. д.) при­ мерно одинаковы для цехов обоих типов. Издержки производства

по уборке шлака от электропечей значительно меньше, чем для мартеновских печей.

По сравнению с мартеновскими печами дуговые печи имеют целый ряд эксплуатационных и технологических преимуществ, а

именно: более простой контроль за технологическим процессом,

53

Рис. 21. Дуговая электросталеплавильная печь емкостью 80 т

(рис. 22). Свод печи подвешен на четырех цепях к консольному порталу, смонтированному на люльке на специальной поворот­ ной опоре. Подъем и поворот свода осуществляют раздельными механизмами с приводами от электродвигателей.

Конструкция печи предусматривает перемещение под печью

шлаковоза для приемки шлака с порога рабочего окна.

HaooiH печи осуществляют двумя зубчатыми рейками, при­ водимыми в движение от двух электродвигателей через зубчатые редукторы и направляющие коробки.

Для вращения ванны вокруг вертикальной оси на угол +40°

кожух печи опирается кольцевым ремнем на четыре опорных ро­ лика (кожух печи делают разъемным, из четырех частей).

54

Для осуществления электромагнитного перемешивания жид­ кого металла сферическое днище кожуха выполняют из немаг­ нитной нержавеющей стали. Статор устройства для электромаг­ нитного перемешивания смонтирован под днищем кожуха на че­

тырех поворотных кронштейнах в прямоугольном проеме люльки. Система опоры статора обеспечивает его монтаж и демонтаж сни­ зу без снятия кожуха печи.

Печь футерована основными огнеупорными материалами.

Рис. 22. Загрузка дуговой электропечи емкостью 80 т

Для кладки подины применяют магнезитовый кирпич МГ-1 и МГ-7. На кирпичную 750-.ЮИ кладку подины набивают 150-л«Л1 слой магнезитового порошка с каменноугольной смолой и пеком. Откосы печи выкладывают магнезитовым кирпичом марок МГ-1

и МГ-7 на толщину 600 мм. Стены футеруют магнезитохромитовым кирпичом марок МХС-2 и МХС-8. Толщина кладки стен

внизу 600 мм, вверху 450 мм. Свод выкладывают по арочной схеме со стрелой подъема 700 мм и распадом электродов 1750 мм из магнезитохромитового кирпича марок МХС-2 и МХС-8.

Электроды применяются графитированные, диаметром 555 мм. Футеровка стен и свода выдерживает до 95 плавок.

Дуговые электропечи емкостью 80 т предназначены для вы­ плавки углеродистых, конструкционных, трансформаторных и

других сталей на свежей шихте с кипом и методом переплава ле­ гированных отходов. Применение кислорода для ускорения рас­

плавления шихты и обезуглероживания металла позволяет ин­ тенсифицировать процесс плавки и снизить удельный расход

55

электроэнергии,. Использование электромагнитного перемешива­

ния и напольных машин типа Плюйко для заброски в печь из­ вести, железной руды, плавикового шпата, раскислителей и дру­ гих материалов значительно облегчает труд обслуживающего персонала и сокращает продолжительность плавки.

В ближайшее время емкость мощных дуговых электростале­ плавильных печей, работающих скрап-процессом, будет увели­ чена до 180 и более тонн.

Первая 180-т дуговая электропечь с тремя электродами будет

иметь круглый кожух, отворачивающийся свод из магнезитохро-

митового кирпича, стационарный трансформатор, установку для электромагнитного перемешивания ванны, устройства для ввода

кислорода в печь и механизации скачивания шлака, приспособ­

ления для улавливания и очистки газов, механизированную за­ грузку шлакообразующих и раскислителей и т. д.

По имеющимся данным [22], примерные параметры и харак­

применение коротких сетей более совершенной конструкции.

Можно предполагать, что строительство 80- и 180-т электро­ печей будет в значительной степени способствовать быстрому увеличению выпуска электростали.

5. ДУПЛЕКС-ПРОЦЕСС КОНВЕРТЕР — ЭЛЕКТРОПЕЧЬ

Строительство на металлургических предприятиях с полным циклом производства электросталеплавильных цехов, работаю­ щих дуплекс-процессом, является актуальной задачей современ­ ности, так как при осуществлении дуплекс-процесса можно в ко­ роткий срок значительно увеличить выпуск электростали различ­ ных марок ответственного назначения при минимальном расходе электроэнергии и большой экономии металлического лома.

Широкое внедрение в производство новых методов разливки стали (непрерывная разливка, электрообогрев и газовый обогрев слитков, экзотермические надставки и т. д.) непрерывно повы­

шает выход годного металла и в то же время уменьшает количе­ ство обрези слитков и снижает запасы оборотного лома на ме­ таллургических заводах. Дефицит стального лома в ряде райо-

56

нов страны сдерживает дальнейшее развитие электросталепла­ вильного производства, работающего преимущественно скрап-

процессом.

Ф. П. Еднерал [23] своевременно указал на полную целесо­ образность строительства новых цехов и перевода части дей­ ствующих электропечей на работу дуплекс-процессом, т. е. на работу не на твердой завалке, а на жидком полупродукте. При организации производства электростали дуплекс-процессом сле­ дует ориентироваться не на мартеновские печи, требующие

металлического лома, а на конвертеры. Применение кислорода

в конвертерном производстве стали позволяет перерабатывать

чугун любого состава, при этом дефосфорация может, заканчи­ ваться при достаточно высоком содержании углерода, а десуль­ фурация возможна в той же степени, что и в мартеновской печи. Качество конвертерного металла, полученного после продувки чу­ гуна кислородом, не уступает качеству мартеновской стали [24].

Стоимость передела в конвертере при кислородном процессе примерно на 30% ниже, чем в мартеновской печи. Строительство

конвертерного цеха обходится примерно на 40% дешевле, чем строительство мартеновского цеха равной производительности.

При работе сталеплавильного цеха дуплекс-процессом кон­ вертер— электропечь на заводе Мак-Лаут в Трентоне (США) достигнута высокая производительность и выявлена экономиче­

ская целесообразность выплавки электростали любых марок.

Для осуществления дуплекс-процесса цех имеет две дуговые электропечи емкостью по 180 т и три 40-т конвертера, работаю­ щих с продувкой чугуна кислородом сверху. Расход электроэнер­ гии составляет 390 квт-ч!т, т. е. примерно на 40% меньше, чем при скрап-процессе. Мощность трансформатора 25 000 ква, т. е. приблизительно на 60% меньше, чем было бы нужно при скрап-процессе.

Типовой сталеплавильный цех, работающий дуплекс-процес­ сом конвертер — электропечь, имеет шесть 80-т дуговых электро­ печей ДСП-80, три 50-т конвертера и два 600-т миксера.

Цех состоит из трех отделений: конвертерно-миксерного, от­ деления электропечей и отделения подготовки составов излож­ ниц.

План размещения оборудования в конвертерно-миксерном отделении показан на рис. 23. Конвертеры могут работать как на полупродукт для заливки в дуговые электропечи, так и на готовую сталь для отливки слитков.

На рис. 24 показан разрез конвертерно-миксерного отделения по конвертеру.

Футеровку конвертеров изготовляют из магнезита со смолой или термостойкого магнезитового кирпича. Кислород для про­ дувки чугуна с чистотой 98—99% подводят сверху через горлови­ ну конвертера водоохлаждаемой трубкой, оканчивающейся мед-

57

■ним наконечником на высоте 100—250 мм от металла. Рабочее давление кислорода составляет 14—16 ат.

После загрузки скрапа, извести и заливки чугуна (состав чу­ гуна 0,2—1,0% Si, 0,08—0,20% Р и до 0,08% S) начинают про­ дувку ванны кислородом. В месте соприкосновения струи кисло­ рода с металлом в результате экзотермических реакций выгора­ ния примесей развивается температура до 2000°. Низкое содер­

жание фосфора достигается не за счет высокой концентрации

закиси железа в шлаке, а в результате повышенной активности

жидкого шлака с начала продувки.

Относительно низкая концентрация фосфора при высоком содержании углерода позволяет прекратить продувку при содер­ жании углерода, требующемся для заданной марки электро­

стали. Другими словами, дуплекс-процессом можно выплавлять сталь с любым содержанием углерода,. Выделяющиеся при кисло­

родной продувке бурый дым и пылевидные частицы шлака улав­

ливаются специальными отсасывающими устройствами.

Общая длительность конвертерного цикла переработки чугу­ на на полупродукт (включая продувку, остановку для добавок, скачивания шлака, взятия проб и пр.) составляет 45—50 мин.

В конвертерной стали содержится 0,002—0,004% N, 0,01—0,03% Р и 0,01—0,02% S. Расход кислорода составляет 55—65 м3/т, выход жидкой стали — 88—90%. Из трех конверте­ ров один находится в ремонте или в резерве, а два в установлен­ ном графиком порядке снабжают жидким полупродуктом дуго­ вые электропечи. План размещения оборудования в отделении дуговых электропечей показан на рис. 25. Печной пролет обору­ дован тремя мостовыми мульдозавалочными кранами грузо­

подъемностью 3/20 т и тремя заливочными кранами грузоподъ­ емностью 125/30 т. Полупродукт заливают в печь через рабочее окно по переносному желобу или через верх печи. На рис. 26 показан разрез электропечного отделения. Разливку металла в изложницы осуществляют на тележках в литейном пролете. Для выгрузки, хранения и подачи ферросплавов и металлоотходов к дуговым печам имеется шихтовой пролет, оборудованный мос­

товыми кранами и соответствующим количеством закромов. При

работе дуплекс-процессом длительность плавки на 80-т электро­ печах, оборудованных электромагнитными устройствами для пе­ ремешивания жидкого металла, не превышает четырех часов.

Дуговые печи оборудованы водоохлаждаемыми кислород­ ными фурмами и могут работать не только на жидком полу­ продукте, но и скрап-процессом.

Выгрузку слитков из изложниц, разборку и сборку новых

ставок для приемки металла производят в отделении подготовки

составов изложниц. Высокая производительность работы отделе­ ния достигается широкой механизацией и автоматизацией основ­ ных технологических операций.

58