Дуговая печь

2.4 Окислительный период.

 После окончания периода расплавления начинается окислительный период, задачи которого заключаются в следующем: окисление избыточного углерода, окисление и удаление фосфора; дегазация металла; удаление неметаллических включений, нагрев стали. Окислительный период плавки начинают присадкой железной руды, которую дают в печь порциями. В результате присадки руды происходит насыщение шлака FeO и окисление металла по реакции: (FeO)=Fe+[O]. Растворенный кислород взаимодействует с растворенным в ванне углеродом по реакции [C] +[O]=CO. Происходит бурное выделение пузырей CO, которые вспенивают поверхность ванны, покрытой шлаком. Поскольку в окислительный период на металле наводят известковый шлак с хорошей жидкоподвижностью, то шлак вспенивается выделяющимися пузырями газа. Уровень шлака становится выше порога рабочего окна, и шлак вытекает из печи. Выход шлака усиливают, наклоняя печь в сторону рабочего окна на небольшой угол. Шлак стекает в шлаковик, стоящий под рабочей площадкой цеха. За время окислительного периода окисляют 0,3—0,6 % C со средней скоростью 0,3—0,5 % С/ч. Для обновления состава шлака одновременно с рудой в печь добавляют известь и небольшие количества плавикового шпата для обеспечения жидкоподвижности шлака.     Непрерывное окисление ванны и скачивание окислительного известкового шлака являются непременными условиями удаления из стали фосфора.

 Для протекания реакции окисления фосфора 2[P]+5[O]=(P2O5);  (Р2O5)+4(СаО)=(СаО)4*P2O5 необходимы высокое содержание кислорода в металле и шлаке, повышенное содержание CaO в шлаке и пониженная температура. В электропечи первые два условия полностью выполняются. Выполнение последнего условия обеспечивают наводкой свежего шлака и постоянным обновлением шлака, так как шлак, насыщенный (СаО)4*P2O5 скачивается из печи. По ходу окислительного периода происходит дегазация стали—удаление из нее водорода и азота, которые выделяются в пузыри СО, проходящие через металл.

Выделение пузырьков СО сопровождается также и удалением из металла неметаллических включений, которые выносятся на поверхность потоками металла или поднимаются наверх вместе с пузырьками газа. Хорошее кипение ванны обеспечивает перемешивание металла, выравнивание температуры и состава. Общая продолжительность окислительного периода составляет от 1 до 1,5 ч. Для интенсификации окислительного периода плавки, а также для получения стали с низким содержанием углерода металл продувают кислородом. При продувке кислородом окислительные процессы резко ускоряются, а температура металла повышается со скоростью примерно 8— 10 С/мин. Чтобы металл не перегрелся, вводят охлаждающие добавки в виде стальных отходов. Применение кислорода является единственным способом получения низкоуглеродистой нержавеющей стали без значительных потерь ценного легирующего хрома при переплаве.

 Окислительный период заканчивается, когда содержание углерода становится ниже заданного предела, содержание фосфора 0,010%, температура металла несколько выше температуры выпуска стали из печи. В конце окислительного периода шлак стараются полностью убирать из печи, скачивая его с поверхности металла.

2.5 Восстановительный период плавки.

 После скачивания окислительного шлака начинается восстановительный период плавки. Задачами восстановительного периода плавки являются: раскисление металла, удаление серы, корректирование химического состава стали, регулирование температуры ванны, подготовка жидкоподвижного хорошо раскисленного шлака для обработки металла во время выпуска из печи в ковш. Раскисление ванны, т. е. удаление растворенного в ней кислорода, осуществляют присадкой раскислителей в металл и на шлак. В начале восстановительного периода металл покрывается слоем шлака. Для этого в печь присаживают шлакообразующие смеси на основе извести с добавками плавикового шпата, шамотного боя, кварцита. В качестве раскислителей обычно используют ферромарганец, ферросилиций, алюминий. При введении раскислителей происходят следующие реакции:

[Mn]+[O]=(MnO);       [Si]+2 [О] = (SiO2);       2[Al]+ 3[O]=(Al2O3).

В результате процессов раскисления большая часть растворенного кислорода связывается в оксиды и удаляется из ванны в виде нерастворимых в металле неметаллических включений. Процесс этот протекает достаточно быстро и продолжительность восстановительного периода в основном определяется временем, необходимым для образования подвижного шлака. В малых и средних печах при выплавке ответственных марок сталей продолжают применять метод диффузионного раскисления стали через шлак, когда раскислители в виде молотого электродного боя, порошка ферросилиция присаживают на шлак. Содержание кислорода в шлаке понижается и в соответствии с законом распределения кислород из металла переходит в шлак. Метод этот, хотя и не оставляет в металле оксидных неметаллических включений, требует значительно большей затраты времени. В восстановительный период плавки, а также при выпуске стали под слоем шлака, когда происходит хорошее перемешивание металла со шлаком, активно происходит десульфурация металла по уравнению FeS + CaO=FeO+ CaS. Этому способствует хорошее раскисление стали и шлака, высокое содержание извести в шлаке и высокая температура.

 В ходе восстановительного периода вводят легирующие – ферротитан, феррохром и др., а некоторые, например никель, присаживают вместе с шихтой. Никель не окисляется и не теряется при плавке. Добавки тугоплавких ферровольфрама, феррониобия производят в начале рафинирования, так как нужно значительное время для их расплавления.

 В настоящее время большинство операций восстановительного периода переносят из печи в ковш. Присаживают по ходу выпуска раскислители. Целью восстановительного периода является обеспечение нагрева стали до заданной температуры и создание шлака, десульфурирующая способность которого используется при совместном выпуске из печи вместе со сталью.

2.6 Порядок легирования.

При выплавке легированных сталей в электродуговых печах порядок легирования зависит от сродства легирующих элементов к кислороду. Элементы, обладающие меньшим сродством к кислороду, чем железо (никель, молибден) во время плавки не окисляются и их вводят в начальные периоды плавки - никель в завалку, а молибден в конце плавления или в начале окислительного периода.

Хром и марганец обладают большим сродством к кислороду чем железо. Поэтому металл легируют хромом и марганцем после слива окислительного шлака в начале восстановительного периода.

Вольфрам обладает большим сродством к кислороду, чем железо и его обычно вводят в начале восстановительного периода. Он очень тугоплавкий и поэтому ферровольфрам можно присаживать в ванну не позднее, чем за 30 мин. до выпуска.

2.7 Одношлаковый процесс.

В связи с интенсификацией процесса электроплавки в последние годы получил большое распространение метод плавки в дуговой печи под одним шлаком. Сущность этого метода заключается в следующем: дефосфорация металла совмещается с периодом расплавления. Во время расплавления из печи скачивают шлак и производят добавки извести. В окислительный период выжигают углерод. По достижении в металле Р<< 0,035 % производят раскисление стали без скачивания шлака ферросилицием и ферромарганцем. Затем присаживают феррохром и проводят сокращенный (50—70 мин) восстановительный период с раскислением шлака порошками ферросилиция и кокса и раскисле-нием металла кусковыми раскислителями. Окончательное раскисление производят в ковше ферросилицием и алюминием. В некоторых случаях вообще не проводят раскисления шлака в печи порошкообразными раскислителями.

2.8 Применение синтетического шлака.

Этот метод предусматривает перенесение рафинирования металла из электропечи в разливочный ковш. Для рафинирования металла выплавляют синтетический шлак на основе извести (52–55%) и глинозема (40%) в специальной электродуговой печи с угольной футеровкой. Порцию, жидкого, горячего, активного шлака (4–5 % от массы стали, выплавленной в электропечи) наливают в основной сталеразливочный ковш. Ковш подают к печи и в него выпускают сталь. Струя стали, падая с большой высоты, ударяется о поверхность жидкого шлака, разбивается на мелкие капли и вспенивает шлак. Происходит перемешивание стали со шлаком. Это способствует активному протеканию обменных процессов между металлом и синтетическим шлаком. В первую очередь протекают процессы удаления серы благодаря низкому содержанию FeO в шлаке и кислорода в металле; повышенной концентрации извести в шлаке, высокой температуре и перемешиванию стали со шлаком. Концентрация серы может быть снижена до 0,001 %. При этом происходит значительное удаление оксидных неметаллических включений из стали благодаря ассимиляции, поглощению этих включений синтетическим шлаком и перераспределению кислорода между металлом и шлаком.

2.9 Обработка металла аргоном.

После выпуска стали из печи через объем металла в ковше продувают аргон, который подают либо через пористые пробки, зафутерованные в днище, либо через швы кладки подины ковша. Продувка стали в ковше аргоном позволяет выровнять температуру и химический состав стали, понизить содержание водорода, удалить неметаллические включения, что в конечном итоге позволяет повысить механические и эксплуатационные свойства стали.

2.10 Применение порошкообразных материалов.

 Продувка стали в дуговой электропечи порошкообразными материалами в токе газаносителя (аргона или кислорода) позволяет ускорить важнейшие процессы рафинирования стали: обезуглероживание, дефосфорацию, десульфурацию, раскисление металла.

В струе аргона или кислорода в ванну вдуваются порошки на основе извести, плавикового шпата. Для раскисления металла используют порошкообразный ферросилиций. Для окисления ванны и для ускорения удаления углерода и фосфора добавляют оксиды железа. Мелко распыленные твердые материалы, попадая в ванну металла, имеют большую поверхность контакта с металлом, во много раз превышающую площадь контакта ванны со шлаковым слоем. При этом происходит интенсивное перемешивание металла с твердыми частицами. Все это способствует ускорению реакций рафинирования стали. Кроме того, порошкообразные флюсы могут использоваться для более быстрого наведения шлака.

2.11 Выплавка стали в кислых дуговых печах

      Электрические печи с кислой футеровкой обычно  используют  в  литейных цехах при выплавке стали для фасонного литья. Преимуществом кислых печей  по сравнению с основными является более высокая стойкость футеровки;  наряду  с этим  стоимость  кислых  огнеупоров  примерно  в  2.5  раза  ниже  стоимости основных. Поскольку при плаке стали для  фасонного  литья  восстановительный период обычно отсутствует, длительность плавки в кислой печи меньше,  чем  в основной той же емкости;  по  этой  причине,  а  также  в  связи  с  меньшей теплопроводностью  кислой  футеровки,  более  низким   является   и   расход электроэнергии.

      Основным недостатком кислых печей является то, что во время плавки  из металла не удаляется сера и фосфор.

      Завалка и расплавление шихты

      Шихту  составляют  таким  образом,  чтобы  содержание  углерода  после

расплавления на 0.15-0.20%  превышало  содержание  углерода  в  выплавляемой стали. Для повышения содержания углерода в шихту, наряду со стальным  ломом, вводят кокс, электродный бой или чугун. Поскольку фосфор и сера  под  кислым шлаком не удаляются, используемый стальной лом должен  содержать  фосфора  и серы примерно  на  0.01%  меньше,  чем  допускается  в  выплавляемой  стали.

Металлический лом не должен быть ржавым, так как  окислы  железа,  растворяя кремнезем футеровки пода, разрушают её. В остальном  требования  к  шихтовым материалам и порядку загрузки в печь такие же, как и при основном процессе.

      Плавление в кислой печи длится 50-70 мин и протекает примерно так  же,

как и в основной печи. В  период  плавления  происходит  окисление  кремния, марганца,  железа,  углерода.  Образующиеся  окислы  принимают   участие   в формировании  шлака.  Поскольку   количество   этих   окислов   сравнительно невелико, в печь во время плавления забрасывают шлак от  предыдущей  плавки, сухой песок, формовочную землю и известняк, чтобы покрыть  металл  шлаком  и уменьшить угар составляющих шихты.

      К моменту расплавления шихты шлак имеет  следующий  состав,  %:  40-50 SiO2; 15-30 FeO; 10-30 MnO; 2-6 Al2O3; 5-15 прочие окислы.

2.12 Плавка с использованием металлизованных окатышей

      Основу окатышей (губки) составляет железо с  содержанием  углерода  от

0.2-0.5 до 2%, они содержат  также  некоторое  количество  невосстановленных окислов железа и  пустую  породу  (в  основном  SiO2  и  Al2O3),  количество которой  должно  быть  не  более  3-7%  от  массы  окатышей.   Отличительная особенность этого сырья – малое  содержание  серы,  фосфора,  меди,  никеля, хрома и других примесей, обычно содержащихся в стальном ломе  (Pb,  Sn,  Bi, Zn, As, Sb). Это облегчает и упрощает процесс  выплавки  и  получение  стали высокого качества, высокой степени чистоты (суммарное содержание примесей  в стали получается в 3-10 раз меньше, чем при выплавке из стального лома).

      Если содержание металлизованных окатышей в шихте не  превышает  25-30% от её массы,  то  технология  электроплавки  существенно  не  отличается  от обычной.  Переработка  шихты,  основу  которой  составляют   металлизованные окатыши требует  применения  специфической  технологии.  Особенностями  этой технологии являются:

      -  непрерывная  загрузка  окатышей  со  скоростью,   пропорциональной

        подводимой в печь электрической мощности,  причем  загрузка  должна

        начинаться после сформирования в печи ванны жидкого металла;

      - совмещение периода плавления с окислительным (обезуглероживанием);

      - упрощение технологии плавки в связи с  малым  содержанием  в  шихте

        вредных примесей – серы и фосфора.

      Степень  металлизации  окатышей  должна  находиться   в   определенных

пределах, обеспечивающих кипение ванны в процессе их загрузки  и  плавления.

Оптимальной содержание окатышей в шихте составляет 60-70% от её массы -  при большем их  содержании  возрастает  длительность  расплавления  и  плавки  в целом.

      Плавку начинают с загрузки стального лома, который в количестве 30-40% от массы металлической шихты заваливают в печь одной порцией.  Далее  подают напряжение  и  после  расплавления  лома  в  сформировавшуюся  жидкую  ванну начинают  непрерывную  загрузку  окатышей;  обычно  их  загружают   в   зону электрических дуг с помощью автоматизированной  системы  через  отверстие  в своде  печи.  Скорость  подачи  окатышей  согласуют  с  подводимой  в   печь электрической мощностью так, чтобы температура ванны был на  30-40  (С  выше температуры  плавления  металла,  поскольку  при   более   низкой   величине

перегрева плавление затягивается.

      Период  загрузки  и  расплавления  совмещают  с  окислительным,   т.е.

проводят его так, чтобы обеспечить непрерывное окисление  углерода  (кипение ванны). При этом  благодаря  перемешиванию  ускоряется  плавление  окатышей, обеспечиваются  дегазация  ванны  и  получение  в  конце  периоде  заданного содержания углерод в металле. Для обеспечения кипения  степень  металлизации окатышей должна находиться в пределах 90-97%, что соответствует  остаточному содержанию кислорода в окатышах от 1.2 до 0.6% (при более низком  содержании остаточного кислорода не будет кипения ванны.).  При  недостаточной  степени металлизации существенно возрастает расход электроэнергии  из-за  протекания эндотермической  реакции  восстановления  окислов  железа.  Для  обеспечения кипения  ванны   металлизованное   сырье   должно   содержать   определенное количество углерода, если содержание углерода недостаточно  для  обеспечения кипения, то в ванну вдувают карбюризаторы.

      По ходу плавления в печь  загружают  известь  для  ошлакования  кислой

пустой породы (SiO2 иAl2O3) окатышей. Основность  шлака  в  связи  с  низким содержанием в окатышах серы и фосфора может быть меньшей, чем при плавке  на шихте из стального лома и составлять  1.5-2.0.  В  конце  периода  плавления необходимо получить требуемое в выплавляемой стали содержание углерода;  при недостатке углерода прибегают к вдуванию в ванну карбюризаторов,  избыточный углерод окисляют путем кратковременной продувки кислородом.

      После  окончания  плавления  применяют  различные   варианты   ведения

заключительной части плавки. Один их  них  –  нагрев  металла  до  требуемой температуры и выпуск в  ковш,  где  производят  внепечную  доводку  стали  и рафинирование;  другой  –  проведение  в  печи  кратковременной  доводки,  в течение которой проводят нагрев, раскисление и легирование.

3 Основные расчеты по материально-тепловому балансу

3.1 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

Таблица 3.1 -Состав Металла

Таблица 3.2 -Состав материала

Для расчета выбираю расход огнеупоров в пределах 0,2-0,4% или в среднем 2-4 кг/т стали в зависимости от емкости конвертера.

Расчет футеровки принимаю равным 0,3% от массы садки.

Технический кислород содержит 99,5% кислорода и 0,5% азота.

Определяю средний состав шихты при условии переработки 30% скрапа и 70% чугуна, %.

Таблица 3.3 - Средний состав шихты

Страницы: 1, 2, 3