Процес виробництва сталі в електропечах

Реферат на тему:

"Процес виробництва сталі в електропечах та крива охолодження"

Електроплавильні печі. Ці печі мають переваги проти іншими плавильними агрегатами. В електропечах можна швидко нагрівати, плавити і точно регулювати температуру металу, створювати окисну, відновлювальну, нейтральну атмосферу або вакуум. У цих печах можна виплавляти сталь і сплави будь-якого складу, повніше розкислити метал з утворенням мінімальної кількості неметалевих включень-продуктів розкислення. Тому електропечі використовують для виплавки конструкційних сталей відповідального призначення, високолегованих, інструментальних, корозійностійких (нержавіючих) та інших спеціальних сталей та сплавів.

Електроплавильні печі бувають дуговими та індукційними.

Дугова електросталеплавильна піч. У цих печах як джерело теплоти використовують електричну дугу, що виникає між електродами та металевою шихтою. Дугова електросталеплавильна піч (рис. 1) живиться трифазним змінним струмом і має три циліндричні електроди 9, виготовлених з графітованої маси. Електричний струм від трансформатора гнучкими кабелями 7 і мідними шинами підводиться до електродотримачів 8, а через них електродів 9. Між електродами і металевою шихтою 4 виникає електрична дуга, електроенергія перетворюється на теплоту, яка передається металу і шлаку випромінюванням. Робоча напруга 180-600 В, сила струму 1-10 кА. Під час роботи печі довжина дуги автоматично регулюється шляхом вертикального переміщення електродів.

Піч має сталевий зварний кожух 3. Кожух печі зсередини футерований теплоізоляційною та вогнетривкою цеглою 1, якаможе бути основним (магнезитовий, магнезитохромітовий) чи кислим (динасовий). Подина 12 печі набивається вогнетривкою масою. Плавильний простір обмежено стінками 5, подиною 12 і склепінням, що виготовляється також з вогнетривкої цегли і має отвори для проходу електродів. У стінках печі є робоче вікно 10 для керування ходом плавки та льотка для випуску готової сталі по жолобу 2 у ківш.

Мал. 1. Схема дугової електричної плавильної печі

Пекти завантажують при знятому зводі. Механізмом 11 піч може нахилятися у бік завантажувального вікна та льотки. Місткість дугових електропечей 0,5-400 т. У металургійних цехах зазвичай використовують дугові електропечі з основним футеруванням, а в ливарних цехах - з кислою.

Основна дугова піч. Застосовують два види технології плавки в дугової основної печі: на шихті з легованих відходів (методом переплаву) та на вуглецевій шихті (з окисленням домішок).

Плавку на вуглецевій шихті найчастіше застосовують для виробництва конструкційних вуглецевих сталей. Цю плавку проводять за два періоди: окислювальний та відновлювальний. Після заправки печі, видалення залишків металу та шлаку попередньої плавки, виправлення пошкоджених місць футерування в піч завантажують шихту: сталевий брухт (до 90%), чушковий передільний чавун (до 10%), електродний бій або кокс для навуглерожування металу та 2–3 вапна.

Після закінчення завалки шихти електроди опускають донизу і включають струм; шихта під електродами плавиться, метал накопичується на подіні печі. Під час плавлення шихти починається окисний період плавки: за рахунок кисню повітря, оксидів шихти та окалини окислюється кремній, марганець, вуглець, залізо. Разом з окисом кальцію, що міститься в вапні, окисли цих елементів утворюють основний залозистий шлак,сприяє видаленню фосфору з металу.

Після нагрівання металу і шлаку до 1500-1540 ° С в піч завантажують руду і вапно. Кисень, що міститься в руді, інтенсивно окислює вуглець і викликає кипіння ванни рідкого металу за рахунок бульбашок окису вуглецю, що виділяються. Шлак спінюється, рівень його підвищується; для випуску шлаку пекти нахиляють у бік робочого вікна і він стікає у шлакову чашу.

Виробництво сталі в електропечах відноситься до галузі техніки, що називається загальним поняттям «електрометалургія». По суті, електрометалургія охоплює всі промислові способи одержання металів і сплавів за допомогою електричного струму (у сталеплавильних електропечах, у руднотермічних печах, в агрегатах електрохімічних виробництв та ін.) Найчастіше під словом «електрометалургія» розуміють галузь техніки, в якій сталі та сплави отримують з використанням електричної енергії як джерела тепла, а з поняттям «електропіч» пов'язують відповідний агрегат для одержання сталі та сплавів. Прийнята класифікація плавильних електричних печей (або електропечей) заснована на головному ознакі – способі перетворення електричної енергії на теплову.

Відповідно до цього електропечі для плавки металів можна розділити на кілька груп.

Відповідно до відомих законів фізики при проходженні струму по провіднику в ньому виділяється тепло (кількість якого залежить від сили струму та електроопору). Як елемент опору може використовуватися сам метал (пряме нагрівання) або інший матеріал (непрямий нагрівання).

Дугові сталеплавильні печі (ДСП)

У цих печах перетворення електричної енергії в теплову відбувається в електричній дузі і тепло, що виділяється при цьому, передається металу або за допомогою випромінювання(Непряма дія, дуга горить між електродами), або безпосередньо за рахунок теплопровідності (прямий нагрівання, дуга горить між електродом і металом).

Індукційні сталеплавильні печі

Деяка кількість сталі виплавляється в тигельних індукційних печах, в яких метал, що розплавляється, знаходиться в керамічному тиглі, поміщеному всередину багатовиткового циліндричного індуктора (рис. 17.22). Діапазон ємностей сучасних тигельних індукційних печей дуже великий – від кількох кілограмів (в основному для досліджень у лабораторіях) до десятків тонн.

Під дією змінного магнітного поля, створюваного індуктором, в металі, що нагрівається, індукується електрорушійна сила. За рахунок джоулева тепла, що виділяється в металі під дією струму, метал нагрівається та плавиться.

Електромагнітні сили надають на рідкий метал статичний і динамічний вплив, у результаті верхня частина металу віджимається від стінок тигля, а в усьому обсязі виникає електродинамічна циркуляція.

Випуклий меніск ускладнює обробку металу шлаком, оскільки шлак стікає до стінок тигля; досить висока швидкість турбулентного руху металу посилює знос футерування. У принципі, якщо електромагнітні сили досить великі і можуть врівноважити дію гравітаційних сил тяжіння, можна здійснити індукційну плавку у зваженому стані, без тигля (бестигельна плавка).

Мал. 2. Тигельна індукційна піч:

1 – рідка сталь; 2-шлак; 3 - водоохолоджувальна котушка індуктора; 4 – вогнетривка футеровка; 5 – зливна шкарпетка; 6 - вогнетривка цегла; 7-термоізоляція

Майже у звичайних індукційних печах шлак нагрівається від рідкого металу. Якщо шлак холодний і в'язкий, то, відповідно, немаєумов для видалення сірки та фосфору. Цей недолік таких печей певною мірою усувається використанням кришок (мал. 3), а деяких сучасних установках – плазмових пальників.

Мал. 3. Промислова тигельна відкрита індукційна піч: 1 – механізм підйому та відвороту склепіння; 2 – тигель; 3-індуктор; 4 – магнітопроводи (феромагнітні екрани); 5-кожух; 6 – сигналізатор; 7-механізм нахилу

До переваг індукційних печей відносяться:

відсутність електродів та відповідно відсутність навуглерожування металу;
відсутність дуг і відповідно менше насичення металу азотом та воднем;
можливість виплавляти метал у будь-якій контрольованій атмосфері і взагалі у вакуумі (рис. 4), а відповідно і малий чад легуючих, відсутність газів тощо.