Глава 4.Выплавка стали в электрических печах

В настоящее время для массовой выплавки стали применяют дуговые электропечи, питаемые переменным током, индукционные печи и получающие распространение в последние годы дуговые печи постоянного тока, причем доля печей последних двух видов в общем объеме выплавки невелика.

В дуговых печах переменного тока в течение многих десятилетий выплавляли основную часть высококачественных легированных и высоколегированных сталей (сталей электропечного сортамента), которые было затруднительно либо невозможно выплавлять в конвертерах и мартеновских печах. Основные достоинства дуговых электропечей, позволяющие выплавлять такие стали, заключаются в возможности: быстро нагреть металл, благодаря чему в печь можно вводить большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки (в восстановительный период плавки), что обеспечивает малый угар вводимых в печь легирующих элементов; возможность более полно, чем в других печах, раскислять металл, получая его с более низким содержанием оксидных неметаллических вклю-

405

чений, а также получать сталь с более низким содержанием серы в связи с ее хорошим удалением в безокислительный шлак; плавно и точно регулировать температуру металла.

Стали электропечного сортамента выплавляют в печах вместимостью от 5 до 25–40 т с трансформаторами невысокой удельной мощности (200–400 кВ • А/т) по традиционной технологии, предусматривающей после расплавления металла проведение окислительного и длительного (1–1,5 ч) восстановительного периодов.

В 60-е годы с целью повышения производительности и технико-экономических показателей электросталеплавильного производства начали строить большегрузные (80–100 т и более) печи. В этих печах из-за малой эффективности восстановительного периода традиционная технология не обеспечивала требуемого высокого качества сталей электропечного сортамента и такие печи, в основном, используются для выплавки низко- и среднеуглеродистых сталей по упрощенной технологии без восстановительного периода.

В последние годы сооружают высокомощные (удельная мощность печного трансформатора 6j00–900 кВ • А/т) печи с водоохлаждаемыми сводом и стенками. Технология плавки в таких печах включает расплавление и короткий окислительный период, в течение которых происходит окисление углерода до заданного содержания, дефосфорация и нагрев металла, а затем металл выпускают в ковш, где методами вне-печной обработки ведут процессы рафинирования, раскисления и легирования, обеспечивая получение стали заданных состава и свойств.

Доля электростали в общей выплавке стали в мире непрерывно растет.

§ 1. Устройство дуговых электропечей

1. Общее описание печи

В нашей стране дуговые печи переменного тока строятся в соответствии с установленным типовым рядом вместимостей: 0,5; 1,5; 3; 6; 12; 25; 50; 100; 150 и 200 т.

Дуговая электропечь (рис.116) состоит из рабочего пространства (собственно печи) с электродами и токоподво-дами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов и загрузку шихты.

406

Рис. 116 Дуговая сталеплавильная печь вместимостью 200 т:

1 – электрод, 2 – головка электрододержателя; 3 – полупортал; 4 – подвеска свода; 5 – свод; 6 – кожух (печь), 7 – люлька; 8 – механизм вращения кожуха; 9 – механизм наклона печи, 10 – опорная станина; 11 – поворотная платформа; 12 – шахта; 13 – гибкие кабели; 14 – телескопическая стойка; 25 – рукав электрододержателя; 16 – токоподвод

Рис. 117. Схема рабочего пространства дуговой электропечи

Плавку стали ведут в рабочем пространстве; на большинстве печей оно имеет свод и стенки, выполненные из огнеупорного материала. Схема такого рабочего пространства показана на рис. 117. Сверху оно ограничено куполообразным сводом 1, снизу сферическим подом бис боков стенками 2. Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух. Съемный свод набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токоподводящие электроды 9, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь питается трехфазным переменным током.

Шихтовые материалы загружают на под печи, после их расплавления в печи образуется слой металла и шлака (рис. 117). Плавление и нагрев осуществляются за счет

407

тепла электрических дуг 5, возникающих между электродами и жидким металлом или металлической шихтой.

Выпуск готовой стали и шлака осуществляют через стале-выпускное отверстие 4 и желоб 3 путем наклона рабочего пространства. Рабочее окно 7, закрываемое заслонкой 8, предназначено для контроля за ходом плавки, ремонта пода и загрузки материалов.

Шихту в современных печах загружают сверху в открываемое рабочее пространство с помощью корзины (бадьи) с открывающимся дном; лишь на отдельных ранее построенных печах небольшой емкости (< 40 т) сохранилась завалка шихты мульдами через рабочее окно.