Электрометаллургия

Технология высшего уровня электроплавки стали

По мере развития способов внепечной обработки и освоения новых агрегатов планируется переход на выплавку одношлаковым процессом всей стали.

Предполагается использование дуговых печей преимущественно для расплавления твердой шихты и окислительного рафинирования (обезуглероживания и дефосфорации) жидкого металла. Раскислительное рафинирование –  легирование, доводка стали по температуре и химическому составу, будут производиться вне печи, в сталеразливочном ковше, с использованием специальных агрегатов. Это позволит значительно повысить производительность печи и улучшить качество продукции. Ниже мы разберем более подробно концепцию технологии высшего уровня.

Оценка эффективности производства электростали осуществляется по 3 параметрам: производительности, качеству, стоимости.

В структуре себестоимости электростали значительную часть занимают расходы по переделу (до 60%), которые, в свою очередь, распределяются следующим образом (%): энергия – 43,6; электроды – 14,2; огнеупоры – 13,3; транспортные расходы – 11,7; обслуживание – 14,7; издержки производства – 2,5.

Ориентируясь на эти показатели в области электрометаллургии стали к настоящему времени сформировалась концепция технологии высшего уровня. Суть концепции сводится к использованию дуговой печи для выплавки полупродукта при максимальном ускорении процесса расплавления лома и переносе операций рафинирования и доводки металла до заданных требований в отдельный агрегат.

Сущность технологии высшего уровня состоит в переходе выплавки стали от монопроцесса к дуплекс процессу: дуговая печь – внепечной агрегат. Эта технология характеризуется следующими принципами:

  1. Основной принцип: единственной технологической операцией, выполняемой в электропечи является дефосфорация стали, совмещенная с плавлением шихты. Для ее успешного проведения на остаток (болото) жидкого металла от предыдущей плавки загружают известь, а вместе с ломом в бадье подается известняк;
  2. Продувка кислородом и наличие известкового основного шлака в начальный период плавления и относительно низкая температура металла способствуют переходу фосфора в шлак. Самопроизвольный сход шлака через порог печи и обновление его за счет периодической присадки шлакообразующих через свод ускоряют и облегчают процесс дефосфорации;
  3. Поддержание максимальной длины дуг и максимальной их мощности. Работа печи на повышенном напряжении. Это обеспечивается поддержанием заполненной печи (до 80%) в возможно длительный период времени с подвалкой 1/3 части шихты; созданием вспененного шлака за счет периодической присадки шлакообразующих и вдувания углеродсодержащих материалов, что экранирует дуги и предохраняет футеровку свода и стен печи от высокой тепловой нагрузки, создает на водоохлаждаемых панелях защитный гарнисажный слой
  4. Предварительный подогрев лома ускоряет процесс плавления за счет физического тепла, внесенного металлоломом, и благодаря лучшим условиям горения дуг;
  1. Применение топливно-кислородных горелок в «холодных» зонах печи обеспечивает выравнивание фронта плавления по сечению печи, интенсифицирует процесс, снижает расход электроэнергии и электродов;
  2. Присадка науглероживателей в свежую шихту, на «болото» металла или инжекция угольного порошка в сочетании с интенсивной продувкой кислородом на протяжении всего периода плавления снижают энергозатраты;
  3. Интенсивная продувка ванны кислородом с ориентировкой на допустимо-минимальную концентрацию углерода в полупродукте всех марок сталей приводит к существенному сокращению цикла плавки и к исключению операции регулирования остаточного углерода в печи;
  4. Обеспечение заданного состава и температуры стали производится во внепечных агрегатах, которые выделяются в отдельный пролет или здание. Подогрев и доводка по температуре производится в ковше-печи путем подвода мощности примерно на порядок ниже, чем в дуговой печи в период плавления;
  5. Внепечная обработка стали с целью доведения до заданного химического состава и температуры, а также воздействие на морфологию неметаллических включений, должны предусматривать подогрев металла, вакуумную обработку, набор средств для перемешивания металла, присадку кусковых и порошковых материалов;
  6. Отсечка печного шлака, использование электродуговых печей нового поколения, позволяющих отсекать печной шлак и полностью предотвращать его попадание в ковш. Применение, так называемого, «сифонного выпуска», когда выпускное отверстие расположено ниже уровня металлического расплава в ванне печи, или «донного» центрального и внецентренного (эркерного) выпусков, которые наряду с отсечкой шлака позволяют регулировать остаточное «болото» жидкого металла. Наиболее технически совершенной является печь со смещенным донным выпуском металла – эркерный выпуск.

Однако, применение этих мероприятий без органичного согласования с организацией производства не может гарантировать достижение высоких показателей. Подтверждением тому может служить работа отдельных цехов и заводов, располагающих печами и технологий высшего уровня, однако не добившихся максимальных показателей производительности.