Электрометаллургия

Дуговые сталеплавильные печи

Дуговые электросталеплавильные печи на переменном токе обеспечивают возможность выплавки углеродистого и легированного металла требуемого сортамента и качества при максимальной производительности агрегатов и минимальной себестоимости жидкого продукта. Высокое качество выпускаемого из электропечи в сталеразливочный ковш металла означает: попадание в заданный химический состав расплава, достаточная степень его нагрева, непревышение допустимого содержания вредных примесей (фосфора, серы, цветных металлов и др.) и газов (азота, водорода, кислорода), раскисленность и другие признаки.

В ряде случаев из электропечей сливают в ковш полупродукт и на установках внепечной обработки его доводят присадками раскислителей и соответствующих ферросплавов до требуемого химического состава заданной на выплавку стали. Как правило, мощные электросталеплавильные печи большой емкости (50 т и более) работают в комплексе с установками внепечного подогрева, рафинирования металла, обеспечивающими перенесение ряда технологических операций из печей в ковши. Этим достигается сокращение продолжительности плавки, уменьшение потерь легирующих элементов, повышение однородности и чистоты металла по вредным примесям, существенное улучшение качества готового проката. В электрических печах выплавляют металлы широкого сортамента: углеродистые, легированные и высоколегированные стали и сплавы, чугуны, сплавы цветных металлов и др.

В печах емкостью до 50 т выплавляют, как правило, высоколегированные стали и сплавы, в том числе: инструментальные, коррозионностойкие, жаропрочные, специального назначения и т.д. Дуговые печи емкостью 50-200 т и более используют для выплавки углеродистых, низколегированных и легированных сталей широкого марочного сортамента, в том числе инструментальных, подшипниковых, конструкционных электротехнических, нержавеющих и др.

Дуговые печи делят на печи с проводящей и непроводящей подиной. В первых ток проходит как в горизонтальном направлении от одной дуги к другой, так и в вертикальном — от электрода через металл к подовому электроду. Подовые электроды используют в дуговых и плазменных печах, работающих на постоянном токе.

Современные дуговые сталеплавильные печи имеют непроводящую подину и цепь тока в них замыкается между электродами через электрические дуги, металл и шлак. Плавление шихты и нагрев металла в них происходит, в основном, за счет тепла электрических дуг; доля тепла, выделяющегося непосредственно в металле и шлаке, незначительна. Загрузку металлической шихты на большинстве сталеплавильных печей ведут с помощью специальных корзин сверху, что сокращает продолжительность завалки, снижает тепловые потери футеровки печи, уменьшает расход электродов и электроэнергии, улучшает заполнение объема плавильного пространства печи, облегчает условия труда и повышает производительность агрегата.

По способу открывания для загрузки дуговые печи делят на три типа:

  • печи, у которых при загрузке шихты свод, подвешенный к мосту (порталу), приподнимается и из-под него выкатывается корпус печи — печи с выкатывающимся корпусом;
  • печи, у которых свод приподнимается над печью и вместе с мостом (порталом) отъезжает в сторону загрузочного окна или сливного отверстия — печи с отъезжающим порталом;
  • печи, у которых свод приподнимается и опорная колонна со сводом и стойками поворачивается вокруг своей оси на 60—90°, открывая рабочее пространство печи, — печи с отворачивающимся сводом.

Наибольшее распространение получили последние печи, благодаря следующим преимуществам: наименьший вес конструкций и механизмов, повышенная эксплуатационная надежность агрегата, большая компактность размещения на производственной площади. При этом некоторое увеличение длины гибких кабелей короткой сети компенсируется преимуществами ее конструкции.

Дуговые печи отечественного производства изготавливают только с поворотом свода.

Загрузка шихты в печь сверху должна обеспечить достаточно плотную укладку составляющих шихту материалов, определенный порядок и гарантированное отсутствие повреждений футеровки подины и стен. Это достигается с помощью цилиндрических завалочных корзин с открывающимся днищем, вводимых в печь мостовыми кранами.

Наиболее широко используют корзины грейферного типа и с расходящимися гибкими секторами. Емкость и конструкция загрузочных корзин должна обеспечивать размещение достаточного количества шихтовых материалов и их сброс в печь с возможно меньшей высоты без разрушения футеровки подины и стен. Корзину грейферного типа оборудуют рычажным устройством для раскрытия створок при загрузке. Корзину в виде металлического цилиндра с присоединенными к нему гибкими секторами собирают перед загрузкой шихты на специальном поддоне, стягивая через кольца их концы стальным тросом и стержнем.

При переплавке в дуговых печах металлизованных окатышей, полученных прямым восстановлением железа, их подают в печь непрерывно через загрузочное устройство свода печи в период расплавления шихты.

Производительность дуговых сталеплавильных печей определяется рабочими характеристиками и конструктивными особенностями механического и электрического оборудования.

Действующие на металлургических и машиностроительных заводах нашей страны дуговые печи введены в эксплуатацию в разное время и в процессе работы подвергались модернизации и реконструкции. Поэтому даже при одинаковой емкости они различаются конструкцией отдельных узлов и механизмов, размерами рабочего пространства и другими параметрами.

Характерными особенностями современных дуговых печей являются: механизация и автоматизация технологического процесса, быстродействие и надежность гидросистем, обслуживающих механизмы подъема и отворота свода, наклона печи, перемещения электродов, движения заслонки рабочего окна и механизмы зажима электродов. Кроме того, характерны высокая удельная мощность силовых трансформаторов, использование водоохлаждаемых элементов для футеровки сводов и стен, применение высокопроизводительных топливных горелок для нагрева и расплавления шихты и др.