Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

На рис. 73 представлена зависимость необходимой мощности транс­ форматоров на печах разной емкости для обеспечения длительности плавления, равной 1; 1,5; 2 ; 2,5 и 3 ч. Например, для обеспечения длительности плавления 1 ч 1 0 0 -т печь должна быть оборудована трансформатором мощностью около 62 MBA. На этом же рисунке приведены данные по отечественным и зарубежным заводам. Как

Емкость печи, т

Рис. 73. Зависимость длительности расплавления от установленной мощности трансформатора и емкости печи. Цифры у кривых — про­ должительность плавления, ч‘

1 — отечественные печи; 2 — зарубежные печи

видно, большинство электропечей оборудованы трансформаторами, обеспечивающими продолжительность плавления больше чем 1,5—■

2ч.

Внастоящее время на отечественных заводах наблюдается тенден­ ция к замене трансформаторов на более мощные. Например, на не­ которых 100-т электропечах Челябинского металлургического завода трансформаторы мощностью 25 MBA заменены на трансформаторы мощностью 35 MBA. Однако необходимо иметь в виду, что целесо­ образность установки более мощного трансформатора в значительной степени определяется соотношением длительности расплавления и жидкого периода (окислительного и восстановительного периодов).

247

При выплавке углеродистой стали продолжительность жидкого периода составляет 30—60 мин, а в случае выплавки легированной стали эта продолжительность возрастает до 2—3 ч. В последнем слу­ чае выгода от сокращения продолжительности плавления может оказаться не очень существенной.

Применение кислорода. Газообразный кислород в электропечах широко используют для ускорения расплавления шихты и для интенсификации окисления углерода в жидкой расплавленной ванне, а также для увеличения скорости нагрева металла. Струю кислорода направляют на нерасплавившийся скрап, который благодаря окисле­ нию примесей и железа и выделению при этом большого количества тепла быстро плавится. Таким же образом производят подрезку мо­ стов, образующихся в период плавления. Однако при раннем вве­ дении кислорода наряду с сокращением длительности плавления и плавки в целом значительно возрастает угар железа и некоторых легирующих примесей, например хрома. Поэтому в большинстве случаев продувку ванны кислородом начинают не ранее, чем после расплавления 75—90% шихты.

Фактическое сокращение длительности плавления в этот период при расходе кислорода 4— 6 м3/т в случае выплавки конструкционных сталей составляет 1 0 —2 0 %, а при выплавке высокохромистых сталей и при расходе кислорода в этот же период 12— 18 м3/т — уже 2 0 — 35%. Одновременно уменьшается на 20—50% расход электроэнергии. Следует иметь в виду, что при интенсивной продувке ванны кисло­ родом в период плавления четкая граница между этим периодом и окислительным периодом фактически исчезает.

Газо-кислородная продувка. При применении газообразного кисло­ рода процесс расплавления шихты ускоряется за счет тепла экзо­ термических реакций окисления примесей металла и железа. В слу­ чае газо-кислородной продувки основным источником тепла является вдуваемый вместе с кислородом природный или коксовый газ.

На Ново—Липецком заводе ускорение плавления шихты в 100-т электропечи осуществляли при помощи газо-кислородных горелок. При среднем удельном расходе газа 12,4 м3/т и кислорода 27,4 м3/т газо-кислородная продувка позволила сократить период плавления на 13,5% и на 8,4% длительность всей плавки.

Одновременно на 48 кВт-ч/т уменьшился расход электроэнергии на плавление шихты.

3. РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА РАСПЛАВЛЕНИЕ

На плавление и нагрев до 1600° С одной тонны металла расход электроэнергии составляет

QM= 1000 [1500 -0,70 + 272 + 0,84 (1600— 1500] J L =

= 391 кВт-ч/т,

где 1/3600— переводной коэффициент кДж в кВт-ч; 0,70 — теплоемкость твердой стали, кДж/(кг-°С);

272—скрытая теплота плавления стали, кДж/(кг-°С);

248

0,84 — теплоемкость жидкой стали, кДж/(кг-6 С).

на нагрев и плавление одной тонны металла и соответствующего количества шлака составляет 414 кВт-ч. Практический расход электроэнергии колеблется в пределах 465—480 кВт-ч/т и зависит от ряда факторов (состояния и емкости электропечи, величины меж-

ПО УСКОРЕНИЮ ПЛАВЛЕНИЯ ШИХТЫ

Общие требования к проведению периода расплавления сводятся к обеспечению минимальной его продолжительности при минималь­ ном расходе электроэнергии и максимальной стойкости футеровки печи. Плавление идет при максимальной мощности трансформатора. В то же время, учитывая отрицательное влияние открытых дуг на стойкость футеровки, необходимо в первые минуты плавления сле­ дить за характером образующихся колодцев. По мере проплавления шихты печь необходимо периодически поворачивать (если есть уст­ ройство для этого).

Сталевар должен также приноравливаться к специфическим осо­ бенностям печи. В частности, в зависимости от степени износа футе­ ровки, наличия окон и неравномерного распределения мощности по фазам в печи образуются зоны быстрого и зоны относительно мед­ ленного плавления. В горячие зоны необходимо заваливать больше шихты. Появляющиеся неплотности в футеровке печи, определяе­ мые по выбиванию газов, необходимо устранять путем подмазки.

Необходимо также добиваться раннего образования шлака, для чего нужно своевременно забрасывать в колодцы, прорезаемые электродами, известь или известняк. Шихту нужно своевременно сталкивать в проплавляемые колодцы, чтобы избежать ее сварива­ ния. Сваренные куски шихты образуют нависающие «мосты» и могут вызвать поломки электродов.

Г Л А В А XXI

ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД

Задачей окислительного периода является снижение содержания фосфора в металле до 0 ,0 1 0 —0 ,0 2 0 %, уменьшение в нем содержания водорода, азота и неметаллических включений, приведение ванны

249

в определенное по окисленности металла состояние для обеспечения нормального протекания восстановительного периода и, наконец, нагрев металла до заданной температуры.

1. ♦ ПЕРЕХОД КИСЛОРОДА ИЗ ШЛАКА В МЕТАЛЛ

Окислительный период электроплавки характеризуется наличием в ванне шлака, отличающегося окислительным действием относи­ тельно металла. Кислород для окисления примесей металла посту­ пает из шлака в виде электроотрицательного иона О2по схеме:

(О2-) —> [О] + 2е, (XXI—1)

где е — электроны.

Как отмечалось в гл. XII, при таком одностороннем процессе перехода кислорода шлак будет заряжаться положительно, поскольку из него уходят отрицательные ионы кислорода, а металл — отри­ цательно, поскольку в нем накапливаются электроны. Для поддер­ жания системы шлак—металл в электрически нейтральном состоя­ нии из шлака в металл должны одновременно переходить и положи­ тельно заряженные ионы (катионы).

Из всех катионов, находящихся в шлаке (Са2+, Mg2+, Мп2+, Fe2+ и т. д.), только ионы железа и марганца растворяются в металле. Закись марганца в качестве окислителя используется редко. Поэтому переход кислорода из шлака в металл описывается уравнениями:

(О2") = [О] + 2е

(Fe2+) = [Fe] — 2е

(XXI-2)

(О2-) + (Fe3+) = [Fe] + [О] ’

или

(FeO) = [Fe] + [О] — 121 кДж/моль (—29 000 кал/моль). (XXI-3)

Температурная зависимость коэффициента распределения кисло­ рода между шлаком и чистым железом равна

в металл указывает на то, что с повышением температуры этот про­ цесс идет более успешно. В реальной ванне для обеспечения окисле­

икислорода в металле.

Вокислительный период теми или другими способами как раз

иподдерживается неравенство (XX1-5).

250

2. ОКИСЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА

Содержание железа в металлической шихте, заваливаемой в элек­ тропечь, при выплавке с окислением превышает 95%. Согласно за­ кона действующих масс, если ванна не будет покрыта шлаком, то во взаимодействие с кислородом воздуха вступит в первую очередь железо с образованием железистого шлака. Когда металл покры­ вается железистым шлаком и кислород в металл переходит в виде за­ киси железа, окисление железа заметно замедляется.

Содержание закиси железа может быть повышено присадкой в ванну железной руды. При этом окись железа руды реагирует по реакции

Шлак таким образом обогащается закисью железа.

Для окисления выгодно применять газообразный кислород из-за высоких скоростей окисления примесей. Это объясняется тем, что кислород подводится непосредственно в металл; при этом металл дробится на капли и увеличивается поверхность соприкосновения металла с кислородом. Другое преимущество использования газо­ образного кислорода связано с меньшими затратами тепла на его подготовку по сравнению с затратами тепла на подготовку руды.

На нагрев 1 кг кислорода руды до 1600° С и переход его из шлака в металл необходимо затратить 14,7—16,8 кДж (3500—4000 кал), а на нагрев того же количества газообразного кислорода расходуется всего 1,74 кДж (415 кал), т. е. во втором случае расход тепла примерно

в9 раз меньше. При окислении всех примесей металла и железа га­ зообразным кислородом суммарный тепловой эффект процесса, вклю­ чая и затраты тепла на подготовку кислорода, является положитель­ ным. Это обстоятельство обеспечивает быстрый нагрев ванны.

Вслучае использования железной руды окисление всех примесей

вванне протекает с затратой тепла. Следует также иметь в виду боль­ шую гибкость регулирования скорости окисления примесей при ис­ пользовании газообразного кислорода.

Все перечисленные моменты обеспечивают широкое применение кислорода в окислительный период электроплавки. Однако нельзя забывать и отрицательные стороны применения газообразного ки­ слорода: повышенный угар металла и связанное с этим снижение

выхода годного на 0,5—2%, а также большое пылеобразование.

3.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОКИСЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ

Вокислительный период протекают реакции окисления углерода, марганца, фосфора и других примесей. Последовательность их окисления определяется величиной химического сродства к кисло­ роду, которая количественно характеризуется изменением изобарно­ изотермического потенциала AZT. Наибольшее отрицательное зна-

251