Файл: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие..pdf

* В числителе — тыс. т., в знаменателе — % от всей выплавки стали в стране.

Небольшой расход металлического лома, характерный для кислородно­ конвертерного процесса, будет способствовать появлению избытка

за счет уменьшения стоимости электроэнергии и применяемой шихты, совершенствование конструкции электрических печей и технологии плавки, улучшение качества металла обеспечат дальнейшее интен­ сивное развитие электрометаллургии стали.

Ч А С Т Ь l

ПРОИЗВОДСТВО СТАИИ

Раздел I

ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ

Глава 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

ЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ В МЕТАЛЛУРГИИ

даря ряду принципиальных особенностей этот способ как ни один другой приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов — хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и дру­ гих, придающих стали особые физические свойства.

Преимущества электроплавки по сравнению с другими спосо­ бами сталеплавильного производства связаны главным образом с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в самом нагревае­ мом металле, либо в непосредственной близости от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать большую мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, в отдельных случаях вплоть до температуры кипения. Расход тепла и изменение температуры металла при электро­ плавке довольно легко поддаются контролю и регулированию.

В отличие от мартеновского и конвертерного процессов выделе­ ние тепла в электропечах не связано с потреблением окислителя. Поэтому электроплавка может быть осуществлена в лщбой атмо­ сфере — окислительной, восстановительной или нейтральной, и в широком диапазоне давлений — в условиях вакуума, при атмо­ сферном или избыточном давлении. Изменяя состав атмосферы и давление газовой фазы, можно менять в нужную сторону условия протекания окислительно-восстановительных процессов, произво­ дить по ходу плавки вакуумирование металла или насыщать его тем или иным элементом из газовой фазы.

Лучше других агрегатов электропечь приспособлена и для пере­ работки металлического лома. Вся шихта в электропечь может быть загружена в один или два приема, причем твердой шихтой может быть занят весь объем печи, и это не вызовет затруднений в ее рас­ плавлении. Период плавления в электропечах значительно короче, чем в мартеновских печах, работающих скрап-процессом.

В электропечах легко выплавлять сталь из восстановленного железа, которое можно загружать в один-два приема или непрерывно подавать в печь с помощью дозирующих устройств, контролируе­ мых электронными вычислительными машинами. В электропечах легко использовать энергию атомных электростанций, что в недале­ ком будущем будет иметь важное значение. Работа электрических печей легко поддается автоматизации. Следовательно, электропечи — это агрегаты, соответствующие высокоавтоматизированным заводам

будущего.

Недостатками электропечей по сравнению с кислородными кон­ вертерами являются меньшая производительность при одинаковой емкости и трудность передела больших количеств жидкого чугуна.

В электропечах выплавляют сталь обширного сортамента, но печи разного типа и емкости специализируют на выплавку стали сравнительно небольшого круга марок. Разная потребность народ­ ного хозяйства в металле определенного назначения и существую­ щие технические и экономические возможности развития электросталеплавпльного производства определяют различные темпы уве­ личения выплавки металла того или иного назначения.

1) металл для мелкого стального и чугунного литья. Его выпла­ вляют в индукционных и дуговых печах малой емкости преимуще­ ственно с кислой футеровкой, установленных на машиностроитель­ ных заводах илн в литейных цехах металлургических заводов;

2)инструментальная и специальная сталь высокого качества, которая производится в основном в цехах с дуговыми печами малой (5— 15 т) емкости;

3)конструкционная легированная сталь и сталь других анало­ гичных марок, выплавляемая в средних и крупных дуговых печах емкостью до 100 т;

4)рядовая сталь общего назначения, выплавляемая в крупных дуговых печах емкостью 100 т и более;

5)сталь и сплавы с особыми свойствами специального назначе­ ния. Металл выплавляется или подвергается рафинирующему пере­

плаву в специальных сталеплавильных агрегатах — вакуумных и плазменных печах, электронных плавильных установках, уста­ новках электрошлакового переплава.

Первые три группы составляют традиционный электропечной сортамент. Существующие мощности в основном обеспечивают по­ требности народного хозяйства в таком металле. Но часть металла третьей группы в нашей стране выплавляется в мартеновских печах, хотя его целесообразнее выплавлять в электропечах. Исходя из этого следует ожидать постепенного (по мере увеличения потреб­ ности) роста производства металла этих групп с более быстрым увеличением выплавки в электропечах металла третьей группы. Соответственно более быстро будут наращиваться мощности группы сравнительно крупных (до 100 т) электропечей.

20

Производство рядового металла в электропечах стало экономи­ чески целесообразным благодаря снижению цен иа металлический лом, вызванному развитием кислородно-конвертерного производства, и совершенствованию самого электросталеплавильного передела. Решающее значение имело значительное увеличение емкости дуго­ вых печей и повышение мощностей их трансформаторов (до 500— 900 кВА), а также совершенствование процесса плавки.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

К плавильным электрическим печам относят все установки, предназначенные для плавления металлов с использованием электри­ ческой энергии. Они могут существенно различаться по способу превращения электрической энергии в тепловую и передаче энергии от источника тепла к нагреваемому металлу, а также по их назначе­ нию и исполнению.

В основу классификации электрических печей положен наиболее общий и во многих случаях определяющий все остальные особенности

на четыре группы: печи сопротивления, дуговые печ-и, индукцион­

основан иа том, что при прохождении тока по проводнику в нем выделяется тепло. В соответствии с законом Джоуля—Ленца коли­ чество выделившегося в проводнике тепла пропорционально квад­ рату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока, т. е.

Подбирая определенные значения силы тока и сопротивления, можно получить мощность, достаточную для расплавления металлов.

Элементом сопротивления можетслужить специальный провод­ ник или непосредственно нагреваемое тело. Установки, в которых элементом сопротивления является само нагреваемое тело, называют печами сопротивления прямого нагрева. Но сопротивление металла обычно невелико и недостаточно для выделения в нем необходимой мощности. Поэтому для плавления металлов используют печи со­ противления косвенного нагрева, в которых тепло выделяется в спе­ циальном проводнике и уже от него передается металлу.

На рис. 3 приведена схема установки электрошлакового пере­ плава. Элементом сопротивления в этих установках является ванна расплавленного шлака. При прохождении тока шлак, обладающий большим электрическим сопротивлением, сильно разогревается. За счет тепла шлака нагревается погруженный в него металлический электрод. Электрод с торца оплавляется и металл каплями перете­

21