Дуговые электропечи

Содержание

1. Общее описание  дуговой электропечи…….………………...………………..2

2. Выплавка стали  в дуговых печах...…………………………………...……….5

3. Технология  плавки…………………………………………………………..…6

4. Электрооборудование……………………………………………….………..10

Литература……………………………………………………….………………11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общее описание  дуговой электропечи 

      Дуговая печь состоит из  рабочего  пространства  (собственно  печи)  с электродами  и  токоподводами   и  механизмов,  обеспечивающих  наклон  печи, удержание и перемещение электродов и загрузку шихты.

      Плавку  стали  ведут  в   рабочем  пространстве,  ограниченном   сверху куполообразным  сводом,  снизу  сферическим  подом   и  с   боков   стенками.

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 токопроводящие электроды, которые с помощью  специальных  механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь питается трехфазным током.

     Шихтовые материалы загружают  на под печи, после их расплавления  в печи образуется слой металла  и шлака. Плавление и нагрев  осуществляется  за  счет тепла  электрических дуг, возникающих  между  электродами  и  жидким  металлом или металлической шихтой.

      Выпуск готовой  стали  и   шлака  осуществляется  через   сталевыпускное отверстие  и   желоб  путем  наклона   рабочего  пространства.  Рабочее   окно, закрываемое заслонкой, предназначено  для контроля за ходом  плавки,  ремонта пода и загрузки материалов.

Рис 1.-Дуговая  сталеплавильная печь ДСП-200 ёмкостью 200 т:

 1 — графитированный электрод диаметром 710 мм; 2 — электрододержатель; 3 — свод; 4 — водоохлаждаемое сводовое кольцо; 5 — цилиндрический кожух; 6 — водоохлаждаемая вспомогательная дверка; 7 — электромеханический механизм поворота печи вокруг вертикальной оси; 8 — электромеханический механизм наклона печи; 9 — сливной носок; 10 — подвижный токоподвод из водоохлаждаемых гибких кабелей; 11 — шток для вертикального перемещения системы стойка — рукав — электродержатель — электрод; 12 — токоподвод из охлаждаемых медных труб.

     Основной элемент конструкции дуговой печи — металлический корпус в виде кожуха, как правило, круглого сечения. Изнутри кожух футерован высокоогнеупорными материалами. Огнеупорная кладка съёмного свода печи выполнена в кольце. Для загрузки шихты в печь свод обычно поднимают и отводят в сторону. В стенах Дуговая печь имеются одно или два рабочих окна и одно выпускное отверстие с жёлобом для слива металла и шлака в ковш. В своде расположены отверстия для ввода электродов, снабжённые водоохлаждаемыми металлическими коробками (экономайзерами). Дуговая печь устанавливается на люльке для возможности наклона печи в сторону рабочего окна или выпускного отверстия при помощи механизма наклона с электрическим или гидравлическим приводом. Современные дуговые печи снабжены индукторами для электромагнитного перемешивания жидкой ванны.  Дуговая печь строят различной ёмкости (до 250 т) с мощностью трансформатора до 85 000 кв.

Рис. 2. Схемы  дуговых печей: а — прямого действия; б — косвенного действия; в — с закрытой дугой.

  Существенным  отличием получения стали в дуговых  печах является возможность получения в плавильном пространстве восстановительной или нейтральной атмосферы и различного давления.

  Восстановительная атмосфера в электродуговых печах позволяет получить шлак, содержащий в конце плавки не более 1% FeO, что примерно в 10 раз меньше, чем в обычном шлаке мартеновской печи.

  Другим  отличием является отсутствие в атмосфере  печи кислорода. Поэтому ведение окислительных процессов возможно только за счет внешнего кислорода, источниками которого могут быть железная руда и газообразный кислород, вдуваемый в ванну.

  По  этой же причине имеют место меньшие  потери металла на угар. Возможность  ведения плавки на шлаке с более  высокой температурой плавления и перегрева в условиях основного процесса облегчает осуществление десульфурации. При основном процессе плавки обеспечиваются все условия, необходимые для получения стали с минимальным содержанием серы.

  В тоже время процесс дефосфорации в электродуговых печах хуже.

  В электродуговых печах имеются благоприятные  условия для переплава высоколегированных отходов. Здесь потери дефицитных легирующих элементов минимальны.

  Особенностью  выплавки стали в электродуговых печах является возможность работы с одним шлаком, без специального восстановительного периода. Это значительно сокращает продолжительность плавки, расход электроэнергии и улучшает все технико-экономические показатели процесса.

  В процессе электроплавки конечный результат  предопределяется в основном взаимодействии двух фаз – металлической и шлаковой. В остальных процессах тремя металлической, газовой и шлаковой

  Поэтому с точки зрения возможности использования  влияния физико-химических факторов на конечные результаты электроплавка  является более совершенной. Практически значительное количество дефектов в отливках и слитках из легированных сталей, получается, из-за плохого качества металла или вызываются и усугубляются четырьмя вредными примесями: кислородом, серой, водородом и фосфором. Электроплавка является наиболее гибким процессом для борьбы с тремя примесями: кислородом, серой и водородом.

  Основное  преимущество дуговой печи заключается  в возможности раскисления и  обессеривания металла и легкости его перегрева, поэтому в целях удешевления процесса иногда применяют так называемый «дуплекс-процесс», при котором расплавление скрапа и окисление ведут в более дешевом плавильном аппарате - мартеновской печи, а затем жидкий металл переливают в дуговую печь для рафинирования и доводки до нужного состава. Реже применяют дуплекс-процесс «конвертор-электропечь».

  При дуплекс-процессах мощность печи может  быть меньше, чем при работе на твердой  завалке, так как расплавление скрапа в этом случае отсутствует. Проводящиеся время от времени плавки на твердой завалке выполняют при уменьшенном весе шихты; они из-за меньшей мощности более длительны, но так как проводятся не часто (главным образом после ремонта футеровки), то их удлинение не является существенным. Электрический режим печей, работающих на жидкой завалке, также значительно спокойнее. При наличии жидкого металла, покрытого слоем шлака, дуга горит более стабильнее, и отсутствуют короткие замыкания из-за обвалов шихты.                                                                                              

Электродуговая  печь может быть остановлена или  пущена в эксплуатацию в любое  время, удобное для производства, и при любом режиме работы. Капитальные затраты на установку электродуговых печей в среднем на 40% меньше, чем на установку мартеновских печей аналогичной производительности.  
 
 
 
 

2 Выплавка стали  в дуговых электропечах 
 

     Основной составляющей шихты  (75-100%) электроплавки является  стальной  лом. Лом не должен содержать  цветных металлов  и  должен  иметь  минимальное количество никеля и меди; желательно, чтобы содержание  фосфора  в  ломе  не превышало 0.05%. при  более  высоком  содержании  фосфора  продолжительность плавки  возрастает.  Лом  не  должен  быть  сильно  окисленным  (ржавым).  С ржавчиной (гидратом окиси железа) вносится  в металл  много водорода.  Лом должен быть тяжеловесным, чтобы обеспечивалась загрузка шихты в один  прием (одной бадьей). При легковесном ломе после частичного  расплавления  первой порции шихты приходится  вновь открывать печь  и подсаживать  шихту,  что увеличивает продолжительность плавки.

      В последнее время расширяется  применение  металлизованных   окатышей  и губчатого железа  – продуктов  прямого  восстановления  обогащенных  железных руд.  Они содержат 85-93% Fe, основными   примесями  являются  окислы  железа, SiO2 и Al2O3. Отличительная особенность этого сырья –  наличие  углерода  от 0.2-0.5 до 2% и очень  низкое  содержание  серы,  фосфора,  никеля,  меди  и других примесей, обычно имеющихся в стальном ломе. Это позволяет  выплавлять сталь,  отличающуюся  повышенной  чистотой  от  примесей.  Переплав  отходов легированных сталей позволяет  экономить  дорогие  ферросплавы.  Эти  отходы сортируют  по  химическому  составу  и  используют  при   выплавке   сталей, содержащих те же легирующие элементы, что и отходы.

      Для повышения содержания углерода  в шихте  используют  чугун,  кокс  и электродный бой. Основное  требование  к  чугуну  –   минимальное  содержание фосфора,  поэтому чтобы не вносить много  фосфора в шихту малых (40 т)  печей не более 10% чугуна, а в большегрузных не более 25%.

      В  качестве  шлакообразующих   в  основных  печах  применяют   известь,

известняк,  плавиковый  шпат,  боксит,  шамотный  бой;  в  кислых  печах   –

кварцевый песок, шамотный бой, известь. В  качестве  окислителей  используют железную руду, прокатную окалину, агломерат, железные окатыши,  газообразный кислород. К шлакообразующим и окислителям предъявляются  те  же  требования, что и при других сталеплавильных  процессах:  известь  не  должна  содержать более 90% CaO, менее 2% SiO2, менее 0.1% S и быть свежеобоженной,  чтобы не вносить в металл водород. Железная руда  должна  содержать менее 8%  SiO2, поскольку он понижает основность  шлака,  менее 0.05%  S  и мене  0.2%  P; желательно применять руду с  размером  кусков  40-100  мм,  поскольку  такие куски  легко  проходят  через  слой  шлака  и  непосредственно  реагирует  с металлом. В плавиковом шпате, применяемом для  разжижения  шлака  содержание CaF2 должно превышать 85%. В электросталеплавильном производстве  для  легирования  и  раскисления применяются практически все известные ферросплавы и легирующие.

3 Технология плавки

      Плавка  в дуговой печи начинается с заправки печи. Жидкоподвижные нагретые шлаки  сильно разъедают футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи во время не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, то она может быть повреждена дугами. Поэтому перед началом плавки производят ремонт – заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла. На поврежденные места подины и откосов – места перехода подины в стены печи – забрасывают сухой магнезитовый порошок, а в случае больших повреждений – порошок с добавкой пека или смолы.

      Заправку  производят заправочной машиной, выбрасывающей через. насадку при помощи сжатого воздуха заправочные материалы, или, разбрасывающей материалы по окружности с быстро вращающегося диска, который опускается в открытую печь сверху.

      Для наиболее полного использования  рабочего пространства печи в центральную ее часть ближе к электродам загружают крупные куски (40 %), ближе к откосам средний лом (45%), на подину и на верх загрузки мелкий лом (15%). Мелкие куски должны заполнять промежутки между крупными кусками.

            Выплавка сталей включает следующие операции: расплавление металла, удаление содержащихся в нем вредных примесей и газов, раскисление металла, и выливание его из печи в ковш для разливки по изложницам или формам. Значение этих операций и требования, которые они предъявляют к дуговой печи, могут быть весьма различными.

Рис. 3- Этапы плавления шихты.

     а - начало плавления; б - опускание электрода;  в - подъем электрода; с - окончание плавления. 

     Расплавление  скрапа необходимо вести по возможности скорее и с минимальным расходом энергии. Зачастую длительность его превосходит половину продолжительности всей плавки и при этом расходуется 60-80% всей электроэнергии. Характерной особенностью периода является неспокойный электрический режим печи. Горящая между концом электрода и холодным металлом дуга нестабильна, ее длина невелика и сравнительно небольшие изменения в положении электрода или металла (обвал, сдвиг подплавленного куска скрапа) вызывают либо обрыв дуги, либо, наоборот, короткое замыкание. Ход плавления шихты в дуговой печи иллюстрируется рис.3. Дуга загорается сначала между концом электрода и поверхностью шихты (рис.3, а), причем для повышения ее устойчивости в первые минуты под электроды обычно подкладывают куски кокса или электродного боя. После сгорания последних начинает подплавляться металл я каплями стекать на подину. В шихте образуются колодцы, в которые углубляются опускающиеся электроды (рис.3 б) до тех пор, пока они не достигнут подины, на которой во избежание перегрева ее к этому моменту должна быть образована лужа расплавленного металла (рис.3 в). Это самый беспокойный, неустойчивый период горения дуги; подплавляемые куски шихты падают на электрод, закорачивая дугу опускании куска шихты под торцом электрода может, наоборот, наступить обрыв тока. Горящая между электродом и расплавленным металлом дуга перегревает металл: начинается размыв и расплавление шихты, окружающей колодцы. Колодцы расширяются, уровень жидкого металла в ванне начинает повышаться, а электроды- подниматься (рис.3в). В конце этого периода почти весь металл оказывается расплавленным; остаются лишь отдельные куски шихты на откосах («настыли», рис.3г), расплавляющиеся последними. Чтобы не затягивать период расплавления, обычно эти «настыли» сбрасывают ломом в глубь ванны. Период расплавления считают законченным, когда весь металл в печи перешел в жидкое состояние. К этому моменту режим горения дуги становится более спокойным, так как температура в печи выше, поверхность металла покрыта слоем шлака, образованным заброшенными в печь в период расплавления кусками извести и всплывающими окислами; длина дуги по сравнению с началом расплавления увеличивается в несколько раз дуга горит устойчивее, количество толчков тока и обрывов уменьшается.