Электрометаллургия

Производство стали в электрических печах.

В электоропечи можно получать легированную сталь с низким содержанием серы и фосфора, неметаллических включений, при этом потери легирующих элементов значительно меньше.

В процессе электроплавки можно точно регулировать температуру металла и его состав, выплавлять сплавы почти любого состава.

Электрические печи обладают существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные сплавы, нержавеющие шарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в этих печах.

Мощные электропечи успешно применяют для получения низколегированных и высокоуглеродистых сталей мартеновского сортамента. Кроме того, в электропечах получают различные ферросплавы, представляющие собой сплавы железа с элементами, которые необходимо выводить в сталь для легирования и раскисления.

Устройство дуговых электропечей.

Первая дуговая электропечь в России была установлена в 1910 г. на Обуховском заводе. За годы пятилеток были построены сотни различных печей. Вместимость наиболее крупной печи в СССР 200 т. Печь состоит из железного кожуха цилиндрической формы со сферическим днищем. Внутри кожух имеет огнеупорную футеровку. Плавильное пространство печи закрывается съемным сводом.

Печь имеет рабочее окно и выпускное отверстие со сливным желобом. Питание печи осуществляется трехфазным переменным током. Нагрев и плавление металла осуществляются электрическими мощными дугами, горящими между концами трех электродов и металлом, находящимся в печи. Печь опирается на два опорных сектора, перекатывающихся по станине. Наклон печи в сторону выпуска и рабочего окна осуществляется при помощи реечного механизма. Перед загрузклй печи свод, подвешенный на цепях, поднимают к порталу, затем портал со сводом и электродами отворачивается в сторону сливного желоба и печь загружают бадьей.

Механическое оборудование дуговой печи.

Кожух печи должен выдерживать нагрузку от массы огнеупоров и металла. Его делают сварным из листового железа толщиной 16–50 мм в зависимости от размеров печи. Форма кожуха определяет профиль рабочего пространства дуговой электропечи. Наиболее распространенным в настоящее время является кожух конической формы. Нижняя часть кожуха име¬ет форму цилиндра, верхняя часть—конусообразная с расширением кверху. Такая форма кожуха облегчает за¬правку печи огнеупорным материалом, наклонные стены увеличивают стойкость кладки, так как она дальше расположена от электрических дуг. Используют также ко¬жухи цилиндрической формы с водоохлаждаемыми па¬нелями. Для сохранения правильной цилиндрической формы кожух усиливается ребрами и кольцами жестко¬сти. Днище кожуха обычно выполняется сферическим, что обеспечивает наибольшую прочность кожуха и мини¬мальную массу кладки. Дни¬ще выполняют из немагнит¬ной стали для установки под печью электромагнитного пе¬ремешивающего устройства.

Сверху печь закры¬та сводом. Свод набирают из огнеупорного кирпича в металлическом водоохлаждаемом сводовом кольце, ко¬торое выдерживает распираю¬щие усилия арочного сферического свода В нижней части кольца имеется выступ – нож, который входит в песчаный затвор кожуха печи. В кирпичной кладке свода оставляют три отверстия для электродов. Диаметр от¬верстий больше диаметра электрода, поэтому во время плавки в зазор устремляются горячие газы, которые раз¬рушают электрод и выносят тепло из печи. Для предотвращения этого на своде устанавливают холодильники или экономайзеры, служащие для уплотнения электрод¬ных отверстий и для охлаждения кладки свода. Газодинамические экономайзеры обеспечивают уплотнение с помощью воздушной завесы вокруг электрода. В своде имеется также отверстие для отсоса запыленных газов и отверстие для кислородной фурмы.

Для загрузки шихты в печи небольшой емкости и подгрузки легирующих и флюсов в крупные, печи скачивания шлака, осмотра, заправки и ремонта печи имеется загрузочное окно, обрамленное литой ра¬мой. К раме крепятся направляющие, по которым сколь¬зит заслонка. Заслонку футеруют огнеупорным кирпи¬чом. Для подъема заслонки используют пневматический, гидравлический или электромеханический привод.

С противоположной стороны кожух имеет окно для выпуска стали из печи. К окну приварен сливной желоб. Отверстие для выпуска стали может быть круглым диа¬метром 120—150 мм или квадратным 150 на 250 мм. Слив¬ной желоб имеет корытообразное сечение и приварен к кожуху под углом 10—12° к горизонтали. Изнутри же¬лоб футеруют шамотным кирпичом, длина его составля¬ет 1—2 м.

Электрододержатели служат для подвода тока к элек¬тродам и для зажима электродов. Головки электрододер-жателей делают из бронзы или стали и охлаждают во¬дой, так как они сильно нагреваются как теплом из пе¬чи, так и контактными токами. Электрододержатель должен плотно зажимать электрод и иметь небольшое контактное сопротивление. Наиболее распространенным в настоящее время является пружинно-пневматический электрододержатель. Зажим электрода осуще¬ствляется при помощи неподвижного кольца и зажимной плиты, которая прижимается к электроду пружиной. Ог-жатие плиты от электрода и сжатие пружины происхо¬дят при помощи сжатого воздуха. Электрододержатель крепится на металлическом рукаве – консоли, который скрепляется с Г-образной подвижной стойкой в одну же¬сткую конструкцию. Стойка может перемещаться вверх или вниз внутри неподвижной коробчатой стойки. Три неподвижные стойки жестко связаны в одну общую кон¬струкцию, которая покоится на платформе опорной люль¬ки печи. Перемещение подвижных телескопических стоек происходит или с помощью системы тросов и противо¬весов, приводимых в движение электродвигателями, или с помощью гидравлических устройств. Механизмы пере¬мещения электродов должны обеспечить быстрый подъ¬ем электродов в случае обвала шихты в процессе плав¬ления, а также плавное опускание электродов во избе¬жание их погружения в металл или ударов о нераспла¬вившиеся куски шихты. Скорость подъема электродов составляет 2,5—6,0 м/мин, скорость опускания 1,0— 2,0 м/мин.

Механизм наклона печи должен плавно наклонять печь в сторону выпускного отверстия на угол 40—45° для выпуска стали и на угол 10—15 градусов в сторону рабочего окна для спуска шлака. Станина печи, или люлька, на кото¬рой установлен корпус, опирается на два – четыре опор¬ных сектора, которые перекатываются по горизонталь¬ным направляющим. В секторах имеются отверстия, а в направляющих – зубцы, при помощи которых предот¬вращается проскальзывание секторов при наклоне печи. Наклон печи осуществляется при помощи рейки и зубча¬того механизма или гидравлическим приводом. Два цилиндра укреплены на неподвижных опорах фундамента, а штоки шарнирно связаны с опорными секторами люль¬ки печи.

Система загрузки печи бывает двух видов: через за¬валочное окно мульдозавалочной машиной и через верх при помощи бадьи. Загрузку через окно применяют только на небольших печах.

При загрузке печи сверху в один-два приема в тече¬ние 5 мин меньше охлаждается футеровка, сокраща¬ется время плавки; уменьшается расход электроэнергии; эффективнее используется объем печи. Для загрузки пе¬чи свод приподнимают на 150—200 мм над кожухом печи и поворачивают в сторону вместе с электродами, полностью открывая рабочее пространство печи для введения бадьи с шихтой. Свод печи подвешен к раме. Она соеди¬нена с неподвижными стойками электрододержателей в одну жесткую конструкцию, покоящуюся на поворотной консоли, которая укреплена на опорном подшипнике. Крупные печи имеют поворотную башню, в которой со¬средоточены все механизмы отворота свода. Башня вра¬щается вокруг шарнира на катках по дугообразному рельсу. Бадья представляет собой стальной цилиндр, диаметр которого меньше диаметра рабочего простран¬ства печи. Снизу цилиндра имеются подвижные гибкие сектора, концы которых стягиваются через кольца тро¬сом. Взвешивание и загрузка шихты производятся на шихтовом дворе электросталеплавильного цеха. Бадья на тележке подается в цех, поднимается краном и опус¬кается в печь. При помощи вспомогательного подъема крана трос выдергивают из проушин секторов и при подъеме бадьи сектора раскрываются и шихта вывали¬вается в печь в том порядке, в каком она была уложе¬на в бадье.

При использовании в качестве шихты металлизован-ных окатышей загрузка может производиться непрерыв¬но по трубопроводу, который проходит в отверстие в сво¬де печи.

Во время плавления электроды прорезают в шихте три колодца, на дне которых накапливается жидкий ме¬талл. Для ускорения расплавления печи оборудуются поворотным устройством, которое поворачивает корпус в одну и другую сторону на угол в 80°. При этом элек¬троды прорезают в шихте уже девять колодцев. Для по¬ворота корпуса приподнимают свод, поднимают электро¬ды выше уровня шихты и поворачивают корпус при по¬мощи зубчатого венца, прикрепленного к корпусу, и шестерен. Корпус печи опирается на ролики.

Очистка отходящих газов.

Современные крупные сталеплавильные дуговые печи во время работы выделяют в атмосферу большое коли¬чество запыленных газов. Применение кислорода и по¬рошкообразных материалов еще более способствует это¬му. Содержание пыли в газах электродуговых печей достигает 10 г/м^3 и значительно превышает норму. Для улавливания пыли производят отсос газов из рабочего пространства печей мощным вентилятором. Для этого в своде печи делают четвертое отверстие с патрубком для газоотсоса. Патрубок через зазор, позволяющий накло¬нять или вращать печь, подходит к стационарному тру¬бопроводу. По пути газы разбавляются воздухом, необ¬ходимым для дожигания СО. Затем газы охлаждаются водяными форсунками в теплообменнике и направляют¬ся в систему труб Вентури, в которых пыль задержива¬ется в результате увлажнения. Применяют также тка¬невые