Виробництво сталі в електричних печах.

У електоропечі можна отримувати леговану сталь з низьким вмістомсірки і фосфору, неметалевих включень, при цьому втрати легуючихелементів значно менше.
У процесі електроплавкі можна точно регулювати температуру металу та йогосклад, виплавляти сплави майже будь-якого складу.

Електричні печі мають істотні переваги попорівнянні з іншими сталеплавильними агрегатами, тому високолегованіінструментальні сплави, нержавіючі шарикопідшипникових, жаростійкі іжароміцні, а також багато конструкційні сталі виплавляють тільки в цихпечах.

Потужні електропечі успішно застосовують для отримання низьколегованихі високовуглецевих сталей мартенівського сортаменту. Крім того, велектропечах отримують різні феросплави, що представляють собою сплавизаліза з елементами, які необхідно виводити в сталь для легування ірозкислення.

Пристрій дугових електропечей.

Перша дугова електропіч в Росії була встановлена в 1910 р. на
Обухівському заводі. За роки п'ятирічок були побудовані сотні різних печей.
Місткість найбільш великої печі в СРСР 200 т. Піч складається із залізногокожуха циліндричної форми з сферичним днищем. Всередині кожух маєвогнетривку футеровку. Плавильне простір печі закривається знімнимсклепінням.
Пекти має робоче вікно і випускний отвір із зливним жолобом. Харчуванняпечі здійснюється трифазним змінним струмом. Нагрів та плавлення металуздійснюються потужними електричними дугами, що горять між кінцями трьохелектродів і металом, що знаходяться в печі. Піч спирається на два опорнихсектора, перекочується по станини. Нахил печі у бік випуску іробочого вікна здійснюється за допомогою рейкового механізму. Перед загрузклйпечі звід, підвішений на ланцюгах, піднімають до порталу, потім портал зсклепінням і електродами відвертається в бік зливного жолоба і пічзавантажують цебром.

Механічне обладнання дугового печі.

Кожух печі повинен витримувати навантаження від маси вогнетривів і металу.
Його роблять зварним з листового заліза товщиною 16-50 мм в залежності відрозмірів печі. Форма кожуха визначає профіль робочого просторудугової електропечі. Найбільш поширеним в даний час єкожух конічної форми. Нижня частина кожуха має форму циліндра, верхнячасть-конусоподібна з розширенням догори. Така форма кожуха полегшуєзаправку печі вогнетривким матеріалом, похилі стіни збільшують стійкістькладки, так як вона далі розташована від електричних дуг. Використовуютьтакож кожухи циліндричної форми з водоохолоджуваних панелями. Длязбереження правильної циліндричної форми кожух посилюється ребрами ікільцями жорсткості. Днище кожуха зазвичай виконується сферичним, щозабезпечує найбільшу міцність кожуха і мінімальну масу кладки. Днищевиконують з немагнітного стали для встановлення під піччю електромагнітногопристроями, що перемішують.

Зверху піч закрита склепінням. Звід набирають з вогнетривкої цегли вметалевому водоохолоджуваних сводовом кільці, яке витримуєрозпираючий зусилля арочного сферичного зводу У нижній частині кільцяє виступ - ніж, який входить в піщаний затвор кожуха печі. Уцегляної кладки склепіння залишають три отвори для електродів. Діаметротворів більше діаметра електрода, тому під час плавки в зазорспрямовуються гарячі гази, які руйнують електрод і виносять тепло зпечі. Для запобігання цього на зводі встановлюють холодильники абоекономайзери, що служать для ущільнення електродних отворів і дляохолодження кладки склепіння. Газодинамічні економайзери забезпечуютьущільнення за допомогою повітряної завіси навколо електрода. У склепінні єтакож отвір для відсмоктування запилених газів і отвір для кисневоїфурми.

Для завантаження шихти в печі невеликої ємності і підвантаження легуючих іфлюсів у великі, печі скачування шлаку, огляду, заправки і ремонту печіє завантажувальний вікно, обрамлене литий рамою. До рами кріплятьсянаправляючі, по яких ковзає заслінка. Заслінку футерують вогнетривкимцеглою. Для підйому заслінки використовують пневматичний, гідравлічнийабо електромеханічний привід.

З протилежного боку кожух має вікно для випуску сталі з печі.
Під вікно приварений зливний жолоб. Отвір для випуску сталі може бутикруглим діаметром 120-150 мм або квадратним 150 на 250 мм. Зливний жолобмає коритоподібного перетин і приварений до кожуха під кутом 10-12 ° догоризонталі. Зсередини жолоб футерують шамотною цеглою, довжина його складає
1-2 м.

Електродотримачі служать для підведення струму до електродів і для затискуелектродів. Головки електрододер-жателей роблять з бронзи або сталі іохолоджують водою, тому що вони сильно нагріваються як теплом з печі, так іконтактними струмами. Електродотримачі повинен щільно затискати електрод імати невелике контактний опір. Найбільш поширеним уданий час є пружинно-пневматичний Електродотримачі. Зажимелектрода здійснюється за допомогою нерухомого кільця і затискної плити,яка притискається до електрода пружиною. Ог-жатіе плити від електрода істиск пружини відбуваються за допомогою стисненого повітря. Електродотримачікріпиться на металевому рукаві - консолі, який скріплюється з Г -образної рухомий стійкою в одну жорстку конструкцію. Стойка можепереміщуватися вгору або вниз всередині нерухомої коробчатої стійки. Тринерухомі стійки жорстко пов'язані в одну загальну конструкцію, якаспочиває на платформі опорної люльки печі. Переміщення рухомихтелескопічних стійок відбувається або за допомогою системи тросів іпротиваг, що приводяться в рух електродвигунами, або за допомогоюгідравлічних пристроїв. Механізми переміщення електродів повиннізабезпечити швидкий підйом електродів у разі обвалу шихти в процесіплавлення, а також плавне опускання електродів, щоб уникнути їх зануренняв метал або ударів об нерасплавівшіеся шматки шихти. Швидкість підйомуелектродів становить 2,5-6,0 м/хв, швидкість опускання 1,0 - 2,0 м/хв.

Механізм нахилу печі повинен плавно нахиляти піч у біквипускного отвору на кут 40-45 ° для випуску сталі і на кут 10-15градусів у бік робочого вікна для спуску шлаку. Станина печі, аболюлька, на якій встановлено корпус, спирається на два - чотири опорнихсектора, які перекочуються по горизонтальних напрямних. У секторахє отвори, а в направляючих - зубці, за допомогою якихзапобігає прослизання секторів при нахилі печі. Нахил печіздійснюється за допомогою рейки і зубчастого механізму або гідравлічнимприводом. Два циліндра укріплені на нерухомих опорах фундаменту, а штокишарнірно пов'язані з опорними секторами люльки печі.

Система завантаження печі буває двох видів: через завалочне вікномульдозавалочной машиною і через верх за допомогою цебра. Завантаження через вікнозастосовують тільки на невеликих печах.

При завантаженні печі зверху в один-два прийоми протягом 5 хв меншеохолоджується футеровка, скорочується час плавки; зменшується витратаелектроенергії; ефективніше використовується обсяг печі. Для завантаження печі звідпіднімають на 150-200 мм над кожухом печі і повертають у бік разомз електродами, повністю відкриваючи робочий простір печі для введенняцебра з шихтою. Звід печі підвішений до рами. Вона сполучена з нерухомимистійками Електродотримачі в одну жорстку конструкцію, що спочивають наповоротною консолі, яка укріплена на опорному підшипнику. Великі печімають поворотну вежу, в якій зосереджені всі механізми одворотазводу. Башта обертається навколо шарніра на ковзанках по дугоподібною рейці.
Бадья являє собою сталевий циліндр, діаметр якого менше діаметруробочого простору печі. Знизу циліндра є рухливі гнучкісектора, кінці яких стягуються через кільця тросом. Зважування ізавантаження шихти виробляються на шихтові дворі електросталеплавильного цеху.
Бадья на візку подається в цех, піднімається краном і опускається в піч.
За допомогою допоміжного підйому крана трос висмикують з вушоксекторів і при підйомі бадді сектора розкриваються і шихта вивалюється впіч у тому порядку, в якому вона була покладена в цебрі.

При використанні в якості шихти металлізован-них окатишів завантаженняможе проводитися безперервно по трубопроводу, що проходить уотвір у склепінні печі.

Під час плавлення електроди прорізають у шихті три криниці, на дніяких накопичується рідкий метал. Для прискорення розплавлення печіобладнуються поворотним пристроєм, який повертає корпус в одну ііншу сторону на кут в 80 °. При цьому електроди прорізають у шихті вжедев'ять колодязів. Для повороту корпусу підводять звід, піднімаютьелектроди вище рівня шихти і повертають корпус за допомогою зубчастоговінця, який прикріплений до корпусу, і шестерень. Корпус печі спирається наролики.

Очищення газів, що відходять.

Сучасні великі сталеплавильні дугові печі під час роботивиділяють в атмосферу велику кількість запилених газів. Застосуваннякисню і порошкоподібних матеріалів ще більше сприяє цьому.
Вміст пилу в газах електродугових печей досягає 10 г/м 3 ізначно перевищує норму. Для уловлювання пилу проводять відсмоктування газів зробочого простору печей потужним вентилятором. Для цього в склепінні печіроблять четверте отвір з патрубком для газоотсоса. Патрубок череззазор, що дозволяє нахиляти або обертати піч, підходить до стаціонарноготрубопроводу. По дорозі гази розбавляються повітрям, необхідним для допалювання
СВ. Потім гази охолоджуються водяними форсунками в теплообміннику інаправляються в систему труб Вентурі, в яких пил затримується врезультаті зволоження. Застосовують також тканинні фільтри, дезинтегратора іелектрофільтри. Використовують системи газоочистки, що включають повністю весьелектросталеплавильний цех, з установкою парасольок димоотсоса під дахом цехунад електропечами.

Футеровка печей.
Більшість дугових печей має основну футеровку, що складається з матеріалівна основі MgO. Футеровка печі створює ванну для металу і грає роль теп -лоізолірующего шару, що зменшує втрати тепла. Основні частини футеровки --подини печі, стіни, склепіння. Температура в зоні електричних дуг досягаєкількох тисяч градусів. Хоча футеровка електропечі відділена від дуг, вонавсе-таки повинна витримувати нагрівання до температури 1700 ° С. У зв'язку з цимзастосовувані для футеровки матеріали повинні володіти високою вогнетривкістю,механічною міцністю, термо-та хімічної стійкістю. Подинусталеплавильної печі набирають в наступному порядку. На сталевий кожухукладають листовий азбест, на азбест-шар шамотного порошку, два шаришамотного цегли і основний шар з магнезитової цегли. На магнезитовоїцегляної подині набивають робочий шар з магнезитової порошку зі смолою іПеком - продуктом нафтопереробки. Товщина набивний шару складає 200мм. Загальна товщина подини дорівнює приблизно глибині ванни і може досягати 1 мдля великих печей. Стіни печі викладають після відповідної прокладкиазбесту та шамотного цегли з великорозмірних безобжіговогомагнезітохромітового цегли довжиною до 430 мм. Кладка стін можевиконуватися з цегли в залізних касетах, які забезпечуютьзварювання цегли в один монолітний блок. Стійкість стін сягає
100-150 плавок. Стійкість подини становить один-два роки. У важкихумовах працює футеровка склепіння печі. Вона витримує великі тепловінавантаження від палаючих дуг і тепла, відбиваного шлаком. Склепіння великих печейнабирають з магнезітохромітового цегли. При наборі зводу використовуютьнормальний і фасонний цегла. У поперечному перерізі звід має форму арки,що забезпечує щільне зчеплення цегли між собою. Стійкість склепіннястановить 50 - 100 плавок. Вона залежить від електричного режиму плавки, відтривалості перебування в печі рідкого металу, складу виплавлюваних сталі,шлаку. В даний час широкого поширення набувають водоохолоджувальнісклепіння та стінові панелі. Ці елементи полегшують службу футеровки.

Ток в плавильний простір печі подається через електроди,зібрані із секцій, кожна з яких являє собою круглу заготовкудіаметром від 100 до 610 мм і довжиною до 1500 мм. У малих електропечахвикористовують вугільні електроди, у великих - графитированні. Графитированніелектроди виготовляють з малозольних вуглецевих матеріалів: нафтовогококсу, смоли, пеку. Електродної маси змішують і пресують, після чогосира заготівля обпалюється в газових печах при 1300 градусах і піддаєтьсядодатковому графітірующему випалу при температурі 2600 - 2800 градусахв електричних печах опору. У процесі експлуатації в результатіокислення пічними газами і розпилення при горінні дуги електроди згоряють.
У міру укорочення електрод опускають в піч. При цьому Електродотримачінаближається до склепіння. Настає момент, коли електрод стає настількикоротким, що не може підтримувати дугу, і його необхідно нарощувати. Длянарощування електродів в кінцях секцій зроблені отвори з різьбленням, кудиугвинчується перехідник-ніпель, за допомогою якого з'єднуються окремісекції. Витрата електродів становить 5-9 кг на тонну сталі, що виплавляється.

Електрична дуга-один з видів електричного розряду, при якомуструм проходить через іонізовані гази, пари металів. При короткочасномузближенні електродів з шихтою або один з одним виникає короткезамикання. Йде струм великої сили. Кінці електродів розжарюється до білого. Прирозсовування електродів між ними виникає електрична дуга. Зрозжареного катода відбувається термоелектронна емісія електронів,які, прямуючи до анода, стикаються з нейтральними молекулами газу ііонізують їх. Негативні іони направляються до анода, позитивні докатода. Простір між анодом і катодом стає іонізованим,струмопровідних. Бомбардування анода електронами та іонами викликає сильниййого розігрів. Температура анода може досягати 4000 градусів. Дуга можегоріти на постійному і на змінному струмі. Електродугових печі працюють назмінному струмі. Останнім часом у ФРН побудована електродугова піч напостійному струмі.

У першу половину періоду, коли катодом є електрод, дугагорить. При зміні полярності, коли катодом стає шихта - метал,дуга гасне, так як в початковий період плавки метал ще не нагрітий і йоготемпература недостатня для емісії електронів. Тому в початковий періодплавки дуга горить неспокійно, уривчасто. Після того, як ванна покриваєтьсяшаром шлаку, дуга стабілізується і горить більш рівно.

Електроустаткування.

Робоча напруга електродугових печей становить 100 - 800 В, а силаструму вимірюється десятками тисяч ампер. Потужність окремої установки можедосягати 50 - 140 МВ * А. До підстанції електросталеплавильного цеху подаютьструм напругою до 110 кВ. Високим напругою харчуються первинні обмоткипічних трансформаторів. На показана спрощена схема електричного живленняпечі. У електричне обладнання дугового печі входять виробництваремонтних робіт на печі. наступні прилади:

1. Повітряний роз'єднувач, призначений для відключення всієїелектропічний установки від лінії високої напруги під час

2. Головний автоматичний вимикач, служить для відключення піднавантаженням електричного кола, по якій протікає струм високої напруги.
При нещільної укладанні шихти в печі на початку плавки, коли шихта щехолодна, дуги горять нестійкий, відбувається обвал ли шихти і виникаютькороткі замикання між електродами. При цьому сі ла струму різко зростає.
Це призводить до великих перевантажень трансформатора, який може вийти зладу. Коли сила струму перевищить встановлену межу, вимикач автоавтоматично відключає установку, для чого є реле максимальної силиструму.

3. Пічний трансформатор необхідний для перетворення високогонапруги в низьке (з 6-10 кВ до 100-800 В). Обмотки високого і низькогонапруги і магнітопроводи, на яких вони розміщені, розташовуються в баціз маслом, що служить для охолодження обмоток. Охолодження створюєтьсяпримусовим перекачуванням олії з трансформаторного кожуха в бактеплообмінника, в якому масло охолоджується водою. Трансформаторвстановлюють поруч із електропіччю в спеціальном приміщенні. Він маєпристрій, що дозволяє перемикати обмотки сходами і таким чиномсхідчасто регулювати що подається в піч напругу. Так, наприклад,трансформатор для 200-т вітчизняної печі потужністю 65 МВ * А має 23ступені напруги, які перемикаються під навантаженням, без відключенняпечі.

Ділянка електричної мережі від трансформатора до електродів називаєтьсякороткої мережею. Вихідні з стіни трансформаторної підстанції фідери придопомогою гнучких, водоохолоджуваних кабелів подають напругу наЕлектродотримачі. Довжина гнучкого ділянки повинна дозволяти робитипотрібний нахил печі і відвертати звід для завантаження. Гнучкі кабеліз'єднуються з мідними водоохолоджуваних шинами, встановленими на рукавахЕлектродотримачі. Трубошіни безпосередньо приєднані до голівкиелектрододер-жателя, затискають електрод. Крім зазначених основних вузлівелектричної мережі в неї входить різна вимірювальна апаратура,під'єднується до ліній струму через трансформатори струму або напруги, атакож прилади автоматичного регулювання процесу плавки.

Автоматичне регулювання.

По ходу плавки в електродугових піч потрібно подавати різнекількість енергії. Міняти подачу потужності можна зміною напруги абосили струму дуги. Регулювання напруги проводиться перемиканням обмотоктрансформатора. Регулювання сили струму здійснюється зміноювідстані між електродом і шихтою шляхом підйому або опусканняелектродів. При цьому напруга дуги не змінюється. Опускання або підйомелектродів проводяться автоматично за допомогою автоматичнихрегуляторів, встановлених на кожній фазі печі. У сучасних печахзадана програма електричного режиму може бути встановлена на весьперіод плавки.

Пристрій для електромагнітного перемішування металу.

Для перемішування металу в великих дугових печах, для прискорення іполегшення проведення технологічних операцій скачування шлаку під днищемпечі в коробці встановлюється електрична обмотка, яка охолоджуєтьсяводою або стисненим повітрям. Обмотки статора живляться від двофазногогенератора струмом низької частоти, що створює біжить магнітне поле,яке захоплює ванну рідкого металу і викликає рух нижніх шарівметалу уздовж подини печі в напрямку руху поля. Верхні шари металуразом з прилеглим до нього шлаком рухаються у зворотний бік. Такимчином можна спрямувати рух або в бік робочого вікна, що будеполегшувати вихід шлаку з печі, або в бік зливного отвору, що будесприяти рівномірному розподілу легуючих і розкислювачі іусереднення складу металу і його температури. Цей метод останнім часоммає обмежене застосування, тому що в надпотужних печах метал активноперемішується дугами.

Плавка стали в основний дугової електропечі.

Сирі матеріали.

Основним матеріалом для електроплавкі є сталевий брухт. Брухт неповинен бути сильно окисленим, тому що наявність великої кількості іржівносить в сталь значну кількість водню. Залежно відхімічного складу лом необхідно розсортувати на відповіднігрупи. Основна кількість брухту, призначене для плавки велектропечах, має бути компактним і важким. При малій насипниймасі брухту вся порція для плавки не вміщується в піч. Доводиться перериватипроцес плавки і довантажувати шихту. Це збільшує тривалістьплавки, призводить до підвищеної витрати електроенергії, знижуєпродуктивність електропечей. Останнім часом в електропечахвикористовують металлізованние окатиші, отримані методом прямоговідновлення. Перевагою цього виду сировини, що містить 85 - 93% заліза,є те, що воно не забруднене міддю та іншими домішками. Окатишідоцільно застосовувати для виплавки висо-копрочних конструкційнихлегованих сталей, електротехнічних, шарикопідшипникових сталей.

Леговані відходи утворюються в електросталеплавильному цеху у виглядінедолітих злитків, літників; в обдирної відділенні у вигляді стружки, впрокатних цехах у вигляді обріз і шлюбу і т. д.; крім того багатолегованого брухту надходить від машинобудівних заводів. Використаннялегованих металовідходів дозволяє економити цінні легуючі, підвищуєекономічну ефективність електроплавок.

М'яке залізо спеціально виплавляють в мартенівських печах і конвертерахі застосовують для регулювання змісту вуглецю в процесі електроплавкі.
У залозі міститься 0,01-0,15% С і