3.2. Дуговая электроплавильная печь

Источником теплоты в такой печи является электрическая дуга, возникающая между электродами и металлической шихтой. Печь питается трёхфазным переменным током и имеет три цилиндрических электрода графитированной массы. Электрический ток от трансформатора гибкими кабелями и медными шинами подводится к электродержателям, а через них к электродам. Между электродами и металлической шихтой возникает электрическая дуга. Электроэнергия дуги преобразуется в теплоту, которая передаётся металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжения 160 - 800 В, сила тока 1 -10 кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически путём вертикального перемещения электродов. Кожух печи футерован огнеупорным кирпичом, который может быть основным (магнезитовый, магнезитохромитовый) или кислым (динасовый). Под печи набивают огнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками, подом и сводом из огнеупоров. В стенках печи имеется рабочее окно для управления ходом плавки летка для выпуска готовой стали по желобу в ковке. Печь загружают при снятом своде. Специальным механизмом печь наклоняться в сторону загрузочного окна и летки. В металлургических цехах используют в основном дуговые электропечи с основной футеровкой, а в литейных цехах - с кислой.

1 - огнеупорный кирпич;

2 - желоб;

3 - металлическая шихта;

4 - стальной кожух;

5 - стенка;

6 - свод;

7 - кабели;

8 – электродержатель:

9 - электроды;

10- рабочее окно;

11 - механизм наклона печи;

12 - под

Рисунок 1 - Дуговая электроплавильная печь

3.3. Основная дуговая печь

В основной дуговой печи можно осуществлять плавку двух видов: на шихте из легированных отходов (методом переплава) и на углеродистой шихте (с окислением примесей).

Плавка на шихте из легированных отходов

Плавку на шихте из легированных отходов с низким содержанием фосфора проводят без окисления примесей. Шихта для такой плавки должна иметь количество марганца и кремния меньше, чем в выплавляемой стали. Однако в процессе плавки некоторые примеси окисляются (Мg, Сr, Si....). После расплавления шихты металл раскисляют, удаляя среду, наводят основной шлак, если нужно науглероживают, то есть задают металлу необходимый, химический состав. Таким способом плавки получают легированные стали их отходов машиностроительных заводов.

Плавка на углеродистой шихте

Такую плавку применяют для производства конструкционных углеродистых сталей. Плавка проходит в два периода: окислительный и восстановительный.

После заправки печи в неё загружают шихту: стальной лом (90 %), передельный чугун (10 %), кокс и известь (2 - 3 %). Окислительный период плавки начинается во время плавления шихты, за счёт кислорода, окислов шихты, воздуха, и окалины окисляются углерод, кремний, марганец, железо. Вместе с окисью кальция, содержащейся в извести, окислы этих элементов образуют основной железистый шлак, способствующий удаления фосфора из металла.

После нагрева металла и шлака до 1500 - 1540 °С в печь загружают руду и известь. Содержащийся в руде кислород интенсивно окисляет углерод и вызывает кипение ванны жидкого металла за счёт пузырьков СО. Шлак вспенивается, повышается его уровень, и он стекает в шлаковую чашу. Кипение металла ускоряет нагрев ванны, способствует удалению фосфора. Руду и известь в течение процесса добавляют 2 - 3 раза, удаляя шлак. Содержание фосфора в металле снижается до 0,01 %, содержание углерода также понижается за счёт образования окиси углерода при кипении. Когда содержание углерода становится меньше на 0,1 % от заданного, кипение прекращают и удаляют весь шлак.

Восстановительный период плавки включает раскисление металла, удаление серы и доведение до заданного химического состава. После удаления окислительного шлака в печь подают ферромарганец, а так же осуществляют науглероживание (для высококачественных сталей). Затем загружают флюс, который состоит из извести, плавкого шлака шамотного боя. После расплавления флюсов и образования шлака в печь вводят раскислительную смесь, состоящую из извести, молотого кокса и ферросилиция. Молотый кокс и ферросилиций находятся в порошкообразном состоянии. В шлаке восстанавливается закись железа:

FеО ± С = Fе + СО;

2FеО + S = 2Fе + Si02

при этом содержание закиси железа в шлаке уменьшается, и она из металла переходит в шлак. Этот процесс называется диффузионным раскислением стали, его повторяют несколько раз. Постепенно шлак становится почти белым (удаление FеО, раскисление). Раскисление под белым шлаком делится 30 - 60 минут.

Во время восстановительного периода сера удаляется из металла, что объясняется высоким (до 60 %) содержанием СаО в белом шлаке и низким содержанием FеО. Это способствует интенсивному удалению серы из металла:

FеS + СаО = СаS + FеО

Когда достигнуты заданные состав металла и температура, выполняют конечное раскисление стали алюминием.

При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь все легирующие элементы в виде ферросплавов. Например, никель и молибден обладают сродством к кислороду, чем железо, и их вводят; период плавления или окислительный период. Хром легко окисляется и его вводят в восстановительный период; кремний, ванадий титан перед выпуском металла из печи, так как они легко окисляются.