Дугова плавка металу. Технології та різновиди.

Дугова плавка металу в електричних печах є найдосконалішим способом її виробництва. Чад металу і, особливо, легуючих елементів при виплавці сталі в електричних печах значно менше, ніж при інших способах її виробництва. В електричних печах можна виплавляти сталі найвищої якості, тому в наш час в них виплавляють більшість марок легованих сталей.

Вихідні матеріали для плавки стали в електричних печах такі:

  • сталевий брухт,
  • чавун,
  • Залізна руда,
  • флюси,
  • раскислители,
  • феросплави.

Основний вид сировини – це лом вуглецевих і легованих сталей. Чавун становить 5-10% всієї шихти. Залізну руду використовують обмежено – для окислення домішок в металі. Як флюс в основних печах застосовується свіже випаленої вапно, а в кислих – кварцовий пісок. Раскислители і феросплави застосовують такі ж, як і при виробництві сталі в мартенівських печах.

до змісту ^

Будова електричних печей для плавки металу

Електродугова плавка металу проводиться в електропечі місткістю від 0,5 до 200 т. Розробляються печі на 300 і 400 т. Принципова схема пристрою дугового електричної печі показана на рис. 1.

Корпус печі має форму циліндра зі сферичним або плоским днищем. Зовні він має захисний кожух із сталевого листа товщиною 10 … 40 мм, внутрішня поверхня футерована основними або кислими вогнетривами. Вугільні або графітові електроди пропускаються через отвори в склепінні печі. У стінці корпусу є робоче вікно, через яке зливають шлак, завантажують феросплави, відбирають проби металу.

Застосовують два типи сталеплавильних електропечей: дугові, і індукційні високої частоти. Дугові печі, в яких шихтові матеріали розплавляються теплом електричної дуги, найбільш поширені завдяки високому коефіцієнту корисної дії, можливості виплавляти в них стали різних марок, простоті будови і зручності обслуговування.

Футерують печі основними або кислими вогнетривкими матеріалами. Більш поширені печі з основною футеровкою, так як в них можна видаляти з рідких сталей сірку і фосфор. Сучасні електродугові печі обладнані спеціальними пристроями, щоб підводити кисень, який використовується для окислення домішок під час плавлення сталі.

до змісту ^

Технологія плавки сталі в основній дуговій електропечі

Залежно від складу шихти в електричних печах з основною футеровкою можна плавити сталь трьома методами:

  • з повним окисленням домішок,
  • з частковим їх окисленням,
  • без окислення.

Перші два методи плавлення застосовують для плавлення високоякісної сталі, якщо немає сировинних матеріалів з потрібним вмістом вуглецю і шкідливих домішок. За першим методом плавлення видаляють шкідливі домішки і гази і зменшують вміст вуглецю внаслідок інтенсивного кипіння металу. За другим методом інтенсивного кипіння не допускають, а знижують вміст вуглецю і фосфору присадкою залізної руди. Плавка без окислення, або метод переплавки, широко застосовують, переробляючи власні відходи металургійного виробництва та особливо відходи легованих сталей, склад яких відповідає складу сталі, що виплавляється. Щоб знизити вміст вуглецю в метал вводять відходи низьковуглецевої сталі.

Особливості процесу плавлення першими двома методами полягають в наступному. При підвищенні температури починається вигоряння вуглецю, тобто період кипіння металу, швидкість якого регулюють періодичним додаванням залізної руди. Після досягнення потрібного вмісту вуглецю і фосфору, кипіння припиняють, скачують окислювальний шлак і приступають до раскислению металу, яке ведуть дифузійним методом, тобто через шлак. Розкислення відбуваються в шлаку і на поверхні, яка розділяє шлак і метал, через що продукти процесу майже не проникають в метал. У цьому відмінність і перевага розкислення стали в електропечах над процесом виробництва сталі в конвертерах, де раскислители занурюють безпосередньо в метал і продукти розкислення в значній кількості залишаються в ньому у вигляді неметалічних включень.

Іноді розкислення металу ведуть під шаром карбідного шлаку, для чого в піч завантажують суміш, що складається з вапна, плавикового шпату і меленого коксу. У зоні горіння електродуги в суміші утворюється 2-5% карбіду кальцію СаС2. Цей шлак має сильну відновлювальну здатність, ніж білий.

Якщо в електропечі є відновна атмосфера і білий або карбідний шлак, то при високій т
емпературі відбувається інтенсивне видалення сірки при безповоротній реакції FеS + СаО + С = Fе + СаЅ + СО-Q.

Завершують розкислення стали за 2-3 хв до випуску, вводячи 0,4-1 кг / т алюмінію. При плавці легованих сталей для доведення до заданого хімічного складу в розкислення метал вводять легуючі феросплави.

Дугова плавка металу в кислих дугових електропечах в порівнянні з плавленням її в основних печах має такі переваги:

  • більш високу продуктивність;
  • в 2,5-3,0 рази більшу стійкість і в стільки ж разів меншу вартість футерування;
  • на 30 – 40% менші витрати енергії і електродів;
  • менші втрати легуючих елементів;
  • нижче вартість переробки.

Недоліком є ??велика витрата електроенергії.

Однак кислий процес не набув великого поширення для плавки високоякісних сталей і звичайно застосовується у виробництві фасонного сталевого лиття.

Пояснюється це тим, що при плавленні високоякісної сталі пред’являються високі вимоги до змісту фосфору і сірки в шихтових матеріалах. У кислих електропечах домішки окислюються окалиною і іржею на шматках шихти, а під час плавлення окисленням – залізною рудою, яку вводять. Раскисляют сталь так, як в кислому мартенівської печі, або дифузійним способом. Дифузійне розкислення ведуть при плавленні стали підвищеної якості, застосовуючи попередню скачування окисного шлаку і наведення нового – з феромарганцю, піску, шамотного бою і меленого феросиліцію, коксу або деревного вугілля.

до змісту ^

Вакуумно-дугова, плазмо-дугова і електронно-променева переплавлення

Вакуумно-дугову переплавку (ВДП) проводять у вакуумних дугових печах з електродом 6, що переплавляється (рис. 4, б), при цьому злиток 3 утворюється, як і в охолоджуваному водою кристалізаторі 2. У корпусі 7 печі підтримується вакуум близько 1,5 па, що сприяє якісному очищенню металу від газів, а спрямована кристалізація забезпечує видалення неметалевих домішок, утворення щільної структури і виключає утворення усадочноюраковини. Місткість печей для ВДП досягає 60 т.

  • а – електрошлакове;
  • б – вакуумно-дугова;
  • в – плазмо-дугова;
  • г – електронно-променева;
  1. – охолоджується водою піддон;
  2. – кристалізатор;
  3. – злиток;
  4. – чавунна ванна;
  5. – розплавлений шлак;
  6. – заготівля (електрод);
  7. – вакуумна камера;
  8. – плазмотрон;
  9. – електронна гармата;
  10. – пристрій для вилучення злитка.

Плазмо-дугову переплавку (ПДП) застосовують для виробництва сталей і сплавів особливо високої чистоти. Джерелом нагріву є плазмова дуга з температурою 10 000-15 000 ° С (рис. 4, в).

Переплавлення проводиться в вакуумних установках, подібних до тих, що використовуються для ПДП при залишковому тиску 0,001 Па (рис. 4, г).

Ссылка на основную публикацию