yandex.metrica
Электрометаллургия

Общая характеристика электросталеплавильного производства

Отправной точкой развития электрометаллургии стало открытие в 1802 году В. В. Петровым явления электрической дуги — разряда в газовой среде, приводящего к ионизации газа и получению температуры в 3000-4000°С. Для этого нашему соотечественнику пришлось создать крупнейшую в то время гальваническую батарею.

Первый удовлетворительно действующий образец электродуговой печи создал француз П. Эру (Геру) в 1899-1900 гг. С начала XX века электрометаллургия получила довольно бурное развитие. В 1906 г. в США была построена промышленная трёхфазная дуговая печь, а в 1910 г. аналогичный агрегат ёмкостью 3,5 т появился на Обуховском (сейчас Ижорском) заводе в России. В 1916-1917 гг. в нашей стране был построен первый электросталеплавильный цех (четыре печи ёмкостью по 1,5 т) на заводе “Электросталь”.

Возможность работать на твёрдой шихте, широкий сортамент выплавляемой стали, вплоть до высоколегированной, способность обеспечить высокую температуру металла (почти до 2000° С) и легко её регулировать обеспечили широкое распространение трёхфазных дуговых сталеплавильных печей (ДСП). В настоящее время в них выплавляется около 90% всей электростали.

Совершенствование конструкции ДСП и её оборудования, особенно в 70-80-е годы: повышение удельной мощности трансформаторов до 0,6-1,0 мВ-а/т, применение газокислородных горелок и кислородных фурм, упрощение технологии плавки в собственно печи – позволили сократить продолжительность плавки до 1-1,5 ч, а в некоторых случаях и менее одного часа. Это позволяет хорошо синхронизировать работу ДСП и МНЛЗ.

В последние десятилетия дуговой нагрев металла получает всё большее развитие в ковшевой металлургии. Это так называемый агрегат типа печь-ковш.

В последнее время растёт и применение дуговых печей, работающих на постоянном токе (ДСППТ). Они отличаются более устойчивой дугой и меньшим удельным расходом электроэнергии по сравнению с трёхфазными ДСП. Однако конструкция печей постоянного тока, особенно подины, заметно сложнее.

Наряду с дуговыми в электросталеплавильном производстве применяют ещё несколько типов печей, отличающихся по способу превращения электрической энергии в тепловую. Прежде всего, это индукционные печи (ИП), установки электрошлакового переплава (ЭШП) и электроннолучевого переплава (ЭЛП). Встречаются переплавные агрегаты и с дуговым нагревом. Кроме того, есть случаи, когда применяют вакуумные дуговые и индукционные печи. Возможность создания любой атмосферы рабочего пространства – важное преимущество электропечей перед конвертерами и мартеновскими печами. Однако в последних разновидностях электрических печей выплавляют стали специального назначения, и объём их производства относительно невелик. Особенности конструкции этих агрегатов и технологии рассмотрены в литературе по специальной металлургии.

В открытых (безвакуумных) ДСП, наряду с легированными, всё больше производят стали массового назначения. Поэтому чаще всего применяют технологию плавки на углеродистой шихте (иногда даже с использованием жидкого чугуна) без восстановительного периода, и всё реже – классическую технологию с восстановительным периодом, в том числе с использованием в шихте легированного лома.

В целом же объём производства стали в электропечах растёт, его доля составляет около 30% от мирового. Совместно с кислородно-конвертерным процессом электросталеплавильный неуклонно вытесняет мартеновский процесс. Причём они как бы делят металлошихту мартеновского процесса: жидкий чугун и небольшую часть лома перерабатывают в кислородных конвертерах, а остальной лом – в электропечах. Кроме того, в электропечах очень удобно перерабатывать металлизованное сырьё (продукт низкотемпературного бескоксового восстановления железа). Это подтверждает опыт работы Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК).

В связи с малым расходом чугуна в шихте (иногда его вообще не применяют) электросталеплавильное производство слабо зависит от доменного. Это позволяет организовать производство стали в любом районе, имеющем достаточное электроснабжение. Так, например, появились металлургические мини-заводы в Жлобине (Белоруссия) и Рыбнице (Молдова). Электропечи также являются наиболее удобными плавильными агрегатами в литейном производстве.

Однако существует ряд проблем, сдерживающих развитие электросталеплавильного производства. Главной из них является высокая стоимость электрической энергии, удельный расход которой в большинстве случаев составляет 400-500 квт ч/т. Кроме того, большой расход лома в шихте неизбежно приводит к росту содержания цветных металлов в стали (Cu, Ni и др.). В дуговой электропечи трудно получить содержание углерода менее 0,08-0,10%. Два последних обстоятельства сужают сортамент выплавляемых сталей.

Правда, в последнее время многое делается для решения этих проблем. Так, применение газообразного топлива и кислорода, а также тепла отходящих газов для предварительного подогрева лома позволило на лучших образцах ДСП снизить удельный расход электроэнергии до 270-330 квт-ч/т. Увеличением доли чугуна в шихте, в том числе жидкого, снижают содержание цветных металлов. Производство коррозионостойких сталей сделали двухстадийным: после плавки в ДСП проводят аргонокислородное обезуглероживание в специальном конвертере.

Однако эти достижения лишь смягчили обозначенные проблемы электросталеплавильного производства, но, в основном, только в современных цехах.