yandex.metrica
Электрометаллургия

Внепечная обработка жидкого металла — революция в производстве электростали

Благодаря своим конструктивным и технологическим достоинствам дуговая электропечь как сталеплавильный агрегат вполне подходит для рафинирования стали от вредных примесей, в том числе серы, кислорода и неметаллических включений. Долгое время (примерно до 1970-х годов) технология плавки стали в дуговой печи строилась так, чтобы все необходимые операции рафинирования металла от вредных примесей осуществлялись либо непосредственно в печи, либо в сталеразливочном ковше во время слива металла после окончания плавки. Из-за невозможности хорошо перемешать металл и шлак в ванне дуговой печи время, затрачиваемое на легирование и рафинирование металла, было большим, и жидкий металл длительное время находился относительно маломощными и длительность расплавления шихты со­ставляла 2 ч и более, металлурги мирились с таким положением дел. Появление сверхмощных дуговых печей, обеспечивающих очень бы­строе расплавление шихты (менее 1 ч), потребовало коренных изменений в технологии производства электростали и прежде всего значи­тельного сокращения длительности пребывания жидкого металла в печи, так как в это время, как правило, требуется подводить в печь меньше энергии и нельзя использовать сверхвысокую мощность печ­ного трансформатора. Для радикального решения этой задачи потре­бовалось вынести из рабочего пространства дуговой печи операции легирования, доводки состава металла, раскисления, десульфурации и рафинирования металла от неметаллических включений, а также корректировать температуру жидкой стали (тщательная корректировка температуры жидкой стали нужна в связи с быстрым и бурным разви­тием непрерывной разливки стали). Справиться с данной проблемой удалось благодаря появлению, развитию и широкому применению средств внепечной обработки жидкого металла.

Идея внепечной обработки (внепечного рафинирования) жидкой стали заключается в том, чтобы с помощью специальных агрегатов или специальных устройств осуществить необходимое рафинирование от вредных примесей и доводку металла не в печи, а в сталеразливочном ковше, причем намного быстрее, чем в печи. Основные способы вне­печного рафинирования стали (вакуумирование, обработка шлаком, инертным газом) в промышленных условиях начали применяться с конца 1950-х годов, несколько позднее внедрена в производство вне- печная обработка порошкообразными материалами (продувка порош­ками). Первоначально внепечная обработка широко не использовалась в производстве стали, да и эффект от ее применения был не очень ве­лик. Основные причины этого заключались в следующем:

  • в процессе внепечной обработки быстро понижалась температу­ра жидкого металла в ковше, поэтому приходилось перегревать металл в печи (на 50…70 °С), что было совершенно невыгодно;
  • сильно нагретый металл приходилось интенсивно перемешивать в ковше, очень часто вместе со шлаком, в таких условиях традиционная шамотная футеровка сталеразливочных ковшей быстро разрушалась;
  • отдельные операции внепечного рафинирования (например многочисленных перемещений сталеразливочного ковша с жидким металлом, увеличивало загруженность кранов и существенно затруд­няло и осложняло организацию работ в разливочном пролете;
  • классическая технология электроплавки и ее видоизменения плохо сочетались с идеей и практикой внепечного рафинирования ме­талла.

Потребовались определенное время и усилия металлургов и кон­структоров, чтобы органично вписать внепечную обработку жидкого металла в технологическую схему работы современного электроста­леплавильного цеха. Для этого пришлось отказаться от классической технологии плавки; изменить планировку цеха и использовать вы­пуск плавки в ковш, установленный на сталевозной тележке; создать специальные агрегаты комплексной внепечной обработки стали с обязательным подогревом металла (ковш-печь); заменить шамотную футеровку сталеразливочных ковшей на более стойкую, с повышен­ной огнеупорностью (высокоглиноземистый кирпич, смолодоломито­вый кирпич, магнезитхромитовый кирпич и т.д.). Благодаря этому уже с 1970-х годов внепечная обработка жидкой стали все шире при­меняется в электросталеплавильных цехах со сверхмощными дуго­выми печами. В настоящее время трудно представить эффективно работающий высокопроизводительный электросталеплавильный цех без агрегатов внепечной обработки стали, ставших неотъемлемым элементом современной технологии производства электростали. Со­временные установки внепечной обработки стали типа ковш-печь в сочетании с установками внепечного вакуумирования позволили не только значительно сократить длительность плавки в дуговой печи, повысить качество металла, организовать эффективную разливку стали на МНЛЗ, но и освоить производство легированных сталей в сверхмощных печах при относительно низком и стабильном расходе легирующих материалов.

Таким образом, к концу XX века существенно изменилась «идеология» электросталеплавильного производства и дуговая элек­тропечь стала не только агрегатом для выплавки специальных высококачественных и высоколегированных сталей, но и высокоэффек­тивным экономичным агрегатом для массового производства рядовой углеродистой стали, сравнялась или, по крайней мере, поч­ти сравнялась по производительности с кислородным конвертором. Это стало возможным благодаря резкому повышению мощности, совершенствованию конструкции механического и электрического оборудования печи, созданию принципиально новой огнеупорной футеровки, высококачественных электродов, улучшению планиро­вок цехов, широкому применению «альтернативных» источников тепла, использованию принципиально новой технологии плавки и внепечной обработки стали.

Старые маломощные, по сегодняшним представлениям, электропе­чи обычно небольшой емкости остались лишь в цехах, выплавляющих высоколегированные стали и сплавы для проката и поковок и в фасо­но-литейных цехах машзаводов. На таких печах до сих пор могут при­меняться различные варианты классической технологии плавки.