Размещено на http://www.allbest.ru/

Электродуговые и индукционные печи

1. Устройства и тепловой режим работы электродуговых печей

Дуговые сталеплавильные печи основным источником теплоты служит электроэнергия. Крупные печи (емкостью 100 и более т) предназначены для производства сталей высокого качества. Рабочий объем состоит из плавильного пространства и ванны. Ванна имеет сферическое днище, боковые стенки выполнены наклонными, плавильное пространство перекрыто сферическим съемным сводом. Печь имеет три электрода, расположенными по треугольнику. Электроды крепятся в электрододержателях, которые с помощью механизма перемещения передвигаются вверх и вниз. Крупные печи имеют верхнюю механизированную загрузку шихты. Для слива шлака и металла используется механизм наклона в сторону рабочего окна на 15^о. Крупные печи также оборудованы устройством для вращения корпуса вокруг вертикальной оси на 80^о и устройством электромагнитного перемешивания. Процесс плавки состоит из следующих стадий: заправки печи, загрузки шихты в печь, плавления шихты, окислительного периода, восстановительного периода, выпуска металла. В начальный момент дуги горят между электродами и холодной шихтой. Под электродами образуются колодцы, в которые погружаются электроды. После проплавления колодцев электроды поднимают и поворачивают корпус печи на некоторый угол, проплавляют еще три колодца, снова поворачивают и проплавляют оставшуюся шихту. В период плавления мощность максимальная, к концу плавления мощность печного трансформатора снижают на 20-30%.

Задача окислительного периода плавки: а) уменьшить содержание в металле фосфора до 0,01 - 0,015 %; б) уменьшить содержание в металле водорода и азота; в) нагреть металл до температуры близкой к температуре выпуска (на 120 - 130єС выше температуры ликвидуса). Наряду с этим за время периода окисляется углерод до нижнего предела его требуемого содержания в выплавляемой стали.

Задачами восстановительного периода являются: а) раскисление металла; б) удаление серы; в) доведение химического состава стали до заданного; г) корректировка температуры. Все эти задачи решаются параллельно в течение всего восстановительного периода; раскисление металла производят одновременно осаждающим и диффузионным методами. Мощность трансформатора снижена по сравнению с начальной на 30-40%.

Тепловые потери достигают 40-45% от общей выделившейся теплоты. К. п. д.85% при твердой шихте и 15-20% - при жидкой.

Недостаток - значительное потребление электроэнергии, преимущество - возможность выплавлять сталь высокого качества.

Основным источником теплоты служит электроэнергия. За счет горения электрической дуги в рабочем пространстве печи можно получать более высокую температуру, при этом создавать как окислительную, так и восстановительную атмосферу.

Рабочий объем печи состоит из плавильного пространства и ванны. Ванна имеет сферическое днище. Боковые стенки выполнены наклонными. Плавильное пространство печи перекрыто сферическим съемным сводом. Печь имеет три электрода, расположенных пол треугольнику вертикально. Под печи выкладывается магнезитовым кирпичом и сверху набивается магнезитовым порошком, смешанным со смолой. Стены и свод выкладываются из магнезито-хромитового кирпича. Свод имеет три отверстия для прохода графитовых электродов. Основной несущей металлоконструкцией печи является двухсекторная люлька, на которой смонтированы кожух с футеровкой и консольный мост с механизмами поворота, подъема свода и вращения печи. Для обслуживания рабочего пространства в печах малой и средней емкости имеется одно, а в больших печах - два окна, плотно закрывающиеся водоохлаждаемой заслонкой. Для выпуска из печи жидкого металла имеется сливной желоб.

Электроды крепятся в электрододержателях, которые могут передвигаться вверх и вниз.

Процесс плавки состоит из следующих стадий: заправки печи, загрузки шихты в печь, плавления шихты, окислительного периода, восстановительного периода и выпуска металла и шлака.

Заправка печи осуществляется в промежутках между плавками путем забрасывания магнезитового порошка на подину печи с целью восстановления ее первоначальной формы.

Загрузка печи производится при помощи бадьи. После установки свода электроды опускают в нижнее положение до соприкосновения с кусками шихты и подают ток. Под каждым электродом образуется электрическая дуга, температура которой в различных точках колеблется от 2000 до 8000^оС.

В начальный момент плавления электрические дуги горят между электродами и кусками холодной шихты. По мере расплавления отдельных кусков расплавленный металл стекает на подину печи. Под электродами в шихту образуются углубления, которые в дальнейшем превращаются в колодцы, в которые и опускаются электроды. С этого момента дуги горят внутри колодцев. Через 20-30 минут после начала подачи тока электроды достигают самого низкого положения. Электрические дуги начинают гореть над жидким металлом. Шихта, окружающая колодцы, постепенно оплавляется и оседает, уровень жидкого металла в печи повышается, и электроды начинают поднимать. В начале периода расплавления дуги горят большую часть времени в холодной шихте, при этом свод и стены печи защищены от прямого излучения дуг. Поэтому в этот период используется полная номинальная мощность печного трансформатора. Режим горения дуг в этот период крайне нестабильный, окруженные холодной шихтой дуги горят неустойчиво, длина их очень мала (10…25 мм), они легко перебрасываются с одного куска на другой, в результате чего возникают резкие колебания мощности.

электродуговая индукционная печь сталеплавильная

После образования колодцев в шихте свод и электроды поднимают и поворачивают корпус печи на некоторый угол. Затем таким же способом проплавляют еще три колодца и снова корпус печи поворачивают на некоторый угол в другую стороны и проплавляют оставшуюся твердую шихту.

В некоторых случаях для ускорения процесса расплавления применяют нагрев шихты газокислородными горелками, которые вводят внутрь печи через отверстия в стене.

В конце периода плавления длина дуг увеличивается. Расплавленная поверхность ванны отражает значительную энергию на свод и стены, поэтому для защиты кладки от сильного излучения мощность печного трансформатора снижают на 20…30%.

В окислительный период плавки происходит окисление примесей, содержащихся в металле (C, Si, Mn и др.). Примеси окисляются за счет кислорода железной руды, кислорода печной атмосферы или кислорода, вдуваемого в ванну (при повышенном содержании чугуна в шихте). Широко распространена продувка ванны кислородом через водоохлаждаемую фурму, которую вводят в печь через отверстие в своде и устанавливают в такое положение, чтобы нижний ее конец находился на расстоянии 200…250 мм над уровнем шлака. При расходе кислорода 5…10 м³/т расход электроэнергии снижается на 10…15%, а производительность увеличивается на 5…10%. При продувке ванны кислородом содержание СО в уходящих газах достигает 70%, а запыленность газов составляет 15…20 г/м³, поэтому газы отводятся из печи в газоочистку.

Восстановительный период начинается, когда в ванне содержание углерода достигает требуемого значения. В это время скачивается окислительный шлак и наводится восстановительный шлак с большим содержанием оксида кальция (более 60%). После этого начинается рафинирование стали, во время которого удаляют из металла кислород и серу, а в ванну вводят легирующие элементы в виде ферросплавов. Восстановительная атмосфера в печи создается за счет ввода в шлак молотого кокса. В восстановительный период ванна перемешивается плохо и температура в различных точках ванны различная. Под электродами шлак имеет более высокую температуру, у стен печи температура ниже. Температура металла на поду значительно ниже температуры верхних слоев, перепад составляет 40…50^оС. Поэтому в восстановительный период для выравнивания температур и равномерного распределения легирующих элементов используют электромагнитное перемешивание.

В восстановительный период условия работы футеровки печи наиболее тяжелые, мощность снижается и доходит до 30…40% номинального значения. Электрический режим сравнительно спокойный, металл покрыт слоем шлака, поэтому часть теплоты выделяется непосредственно в шлаке.

В дуговых печах велики тепловые потери - до 40…45% общего количества теплоты, выделяемого в печи. Потери теплоты зависят от емкости, технологии плавки и состояния печи. При заправке печи часть энергии, аккумулированной в ее футеровке, расходуется на нагрев заправочных материалов и на компенсацию тепловых потерь. При загрузке шихты часть энергии теряется в результате излучения внутренней поверхности футеровки. В период плавления при горении дуг под слоем шихты часть энергии, аккумулированной в футеровке, передается шихте (порядка 10% всей энергии, необходимой для плавки стали). В период доводки футеровка накапливает теплоту и отбирает из рабочего пространства до 15…20% всей теплоты, вводимой в печь. При продувке ванны кислородом образуется много газов (350…400 м³/ (тч)), которые покидают рабочее пространство печи при температуре 1450…1500^оС. Потери теплоты с уходящими газами составляют около 10% всей затраченной энергии.

Недостатком дуговых печей является значительное потребление электроэнергии - 500…800 кВтч/т, основным преимуществом - возможность выплавлять сталь высокого качества.

2. Устройства и тепловой режим работы индукционных печей