Электрометаллургия

Подготовка дуговой печи к плавке и загрузке шихты

Успешное проведение очередной плавки в значительной степени зависит от быстрого и вместе с тем качественного проведения за­правки футеровки печи и завалки шихты. В этом случае тепло, акку­мулированное футеровкой печи, используется рационально на на­грев шихты, что способствует сокращению периода плавления.

Подготовку предстоящей плавки осуществляют в период проведе­ния очередной плавки до ее выпуска в сталеразливочный ковш. Эта работа включает:

  • расчет шихты на конкретную марку стали;
  • точ­ное взвешивание составляющих шихты;
  • загрузку их в корзину или мульды;
  • проверку наличия и исправности инструмента и машин для очистки и заправки футеровки печи;
  • доставку огнеупорных за­правочных материалов;
  • дозировку необходимых ферросплавов и раскислителей;
  • обеспечение графитизированнными электродами и ниппелями для их свинчивания и некоторые другие операции.

Составление перечня подлежащих завалке материалов с указани­ем их весовых количеств, определяемых в зависимости от марки вы­плавляемой стали, называют шихтовкой плавки. Ее получают расчет­ным путем с учетом состава шихтовых материалов и особенностей технологической инструкции.

Сталь в дуговых печах выплавляют на свежей шихте с окислением примесей железной рудой (агломератом) или кислородом, перепла­вом легированных отходов без окисления и переплавом с окислени­ем металла кислородом. Для плавок на свежей шихте с окислением примесей железной рудой (агломератом) или газообразным кислоро­дом («с кипом») содержание углерода в шихте должно быть таким, чтобы обеспечивалось интенсивное кипение ванны при соответству­ющем расходе железной руды (агломерата) или кислорода и созданы условия для удаления из металла фосфора, кислорода и серы. Содер­жание кремния в металле после полного расплавления не должно превышать 0,3%. При более высокой его концентрации кипение за­держивается и продолжительность плавки возрастает. Содержание фосфора в шихте не должно превышать 0,06%, содержание хрома в металле перед окислением должно быть минимальным.

При проведении плавок переплавом без окисления учитывают, что угар легирующих элементов (кремний, марганец, хром, алюми­ний, титан и др.) в процессе расплавления шихты не одинаков. При­садка в шихту мягкого железа (10—30% от общей массы) позволяет по расплавлении шихты иметь содержание углерода в металле на 0,05-0,10% ниже нижнего предела его содержания для данной марки стали. Концентрация фосфора в жидком металле не должна превы­шать 0,020-0,025%.

При переплаве легированных отходов с применением кислорода расчетное содержание хрома в шихте не должно превышать 13%, иначе ухудшаются условия обезуглероживания металла. Для разви­тия окислительных реакций с выделением тепла и ускорения плавле­ния твердой садки содержание кремния в металле перед продувкой кислорода поддерживают в пределах 0,70-1,10%.

Для снижения угара хрома, марганца, вольфрама, ванадия и дру­гих элементов повышают содержание углерода в шихте (путем ис­пользования высокоуглеродистого феррохрома), не применяют мяг­кое железо, и после проведения окисления ванны кислородом обра­батывают шлак раскислителями.

Содержание фосфора в высоколегированной стали не должно превышать 0,030%. Необходимым условием для составления ших­товки является знание химического состава составляющих шихты, а также норм расхода материалов (легированные отходы, ферроспла­вы, мягкое железо, чугун, лом и пр.).

Важнейшей операцией подготовки шихты к плавке является точ­ное взвешивание составляющих ее компонентов. Неточное взвеши­вание шихтовых материалов — одна из основных причин непопада­ния плавки в требуемый для марки химический анализ.

Применение в шихте смешанных отходов является грубым нару­шением технологической инструкции, так как может привести к бра­ку по химическому анализу.

Все поступающие в электросталеплавильный цех ферросплавы должны подвергаться входному контролю на соответствие их качест­ва и химического состава ГОСТу и ТУ (техническим условиям). При расчете шихтовки учитывают угар элементов за период расплавле­ния. Практически для элементов он составляет, %:   Мn  ≤   30,   Si ≤ 70,   Сг ≤ 15,    W≤ 7, V ≤  20, Мо ≤   5.

Требуется закончить подготовку шихты, ферросплавов, заправоч­ных огнеупорных материалов и необходимого инструмента не позд­нее, чем за 1 ч до выпуска предыдущей плавки.

После выпуска плавки печь устанавливают в нормальное положе­ние и через рабочее окно тщательно осматривают футеровку подины, откосов и стен. При хорошо разделанном выпускном отверстии и нормальном состоянии сливного откоса металл и шлак выходят из печи полностью без остатка, поэтому очистка футеровки от остатков шлака и металла, особенно на крупных печах, не требуется.

При выпуске металла без шлака последний отсекают или быст­рым наклоном печи в сторону желоба, или сливом металла через от­верстие «чайникового типа», или с помощью шиберного затвора, встроенного в сливной желоб ( эркерный желоб), или в сливное от­верстие днища (донный выпуск).

Оставшиеся на подине шлак и часть металла («болото») облегчают нагрев металлошихты новой плавки и способствуют сокращению продолжительности расплавления садки. После проведения серии плавок металл и шлак из печи выпускают в сталеразливочный ковш полностью и футеровку подины и откосов тщательно заправляют ог­неупорными материалами.

Заправка футеровки печи является одной из важнейших опера­ций, определяющей нормальный ход технологического процесса вы­плавки стали.

В процессе плавки нагретый до высокой температуры металл и жидкоподвижные химически активные шлаки разрушают футеровку печи. Особенно сильно изнашиваются откосы печи (на уровне шла­ка) под действием шлаков с высоким содержанием кремнезема.

Завалка тяжеловесных кусков из бадьи с большой высоты без за­щитных нижних слоев мелкой шихты ведет к повреждению подины и образованию на ней неровностей, ям и трещин. Неправильное рас­пределение шихты в плавильном пространстве сопровождается быстрым проходом электродов до подины и перегревом малых коли­честв металла до температуры, превышающей огнеупорность магнезита.

Остатки шлака и металла из образующихся на подине ям удаляют гребками или выдувают кислородом.

Заправку подины и откосов проводят мелким магнезитом (>90% Мg0) или смесью магнезита с доломитом при неостывшей футеровке печи. При этом используют заправочные машины, забрасывающие мате­риал на поврежденные участки футеровки сжатым воздухом, ленточ­ным транспортером или вращающимся диском. Механизированные установки позволяют изменять траекторию и скорость подачи мате­риалов, а также угол их заброса по вертикали и горизонтали.

Как правило, при заправке используют сухой магнезитовый поро­шок. При значительном повреждении футеровки применяют поро­шок, смоченный жидким стеклом или пеком. На некоторых пред­приятиях подину и откосы печей, выплавляющих высокохромистые стали, заправляют смесью порошка магнезита, доломита и хромовой руды в соотношении 2:1:1.

Для заброски порошков и увлажненных огнеупорных масс на фу­теровку передней стенки печи, откосов и на другие участки успешно применяют машину ленточного типа. Машина состоит из бункеров, ведущих катков, затвора, двигателя, редуктора и бесконечной ленты. Ее технические характеристики:

  • размер ленты — ширина 225 мм, длина 3000 ± (30- 45) мм;
  • скорость движения 9—15 м/с;
  • мощ­ность мотора привода ленты 6 кВт;
  • угол направления материала при сходе с ленты 9—30°;
  • общая масса машины 4 т.

Машину, заполненную предварительно магнезитом, подают и ус­танавливают краном против рабочего окна и приступают к заправке футеровки. После заправки печь загружают шихтой сверху из бадей с гибкими секторами или бадей грейферного типа. Ручной и мульдо вый способы загрузки дуговых печей металлошихтой весьма трудоемки и практически не используются.

Быстрого расплавления загруженной в печь шихты достигают при рациональном соотношении лома по габаритности и достаточно плотном размещении его в рабочем пространстве. Обычно для печей большой емкости используют 15% мелкого, 40% крупного и 45% сре­днего лома.

Шихту в печь или в бадью загружают в следующем порядке. На подину заваливают мелочь для защиты ее от ударов крупных кусков. На нее присаживают карбюризатор (при необходимости), затем под электроды — крупную шихту; ближе к откосам и на крупный лом за­гружают лом средней крупности и на самый верх — вторую половину мелочи и чугун.

Никель, феррохром, ферромолибден и другие легирующие для уменьшения угара не размещают под электродами (в центре печи). Плот­ная укладка металлошихты обеспечивает лучший теплообмен между ку­сками в зоне плавления, более стабильное горение дуг и равномерное оседание нерасплавленной шихты, без обвалов и поломок электродов. Для совмещения плавления шихты с окислением примесей в завалку присаживают железную руду (агломерат) и известь по 10-15 кг/т.

При загрузке бадьей всю шихту в печи разместить не удается, по­этому ее заваливают, как правило, в два приема. После частичного проплавления первой порции шихту загружают из второй бадьи. В этом случае руду и известь присаживают в печь перед подвалкой.

При мульдовой загрузке куски шихты не должны препятствовать продвижению мульды через рабочее окно. Куски шихты в печи при бадьевой загрузке не должны препятствовать закрытию свода.

В целях сокращения периода загрузки печи сверху и уменьшения тепловых потерь бадью с шихтой подают краном к агрегату до откры­тия свода. По окончании завалки шихты, перед включением тока проверяют состояние электродов и перепускают их, поднимая электрододержатели в верхнее положение при неподвижных электродах, опирающихся на шихту. При необходимости электроды наращивают с помощью крана и специального приспособления на печи или на станке для свертывания электродов.

Перед включением печь осматривают и проверяют:

  • температу­ру отходящей воды;
  • плотность зажатия электродов в электрододержателях;
  • работоспособность газоотводящего тракта;
  • состояние электродных уплотнителей;
  • отсутствие на своде и токоподводах посторонних предметов;
  • работу отдельных механизмов и конт­рольно-измерительных приборов.