13.1.3. Производство стали в электропечах

Электрические печи – это усовершенствованные печи по сравнению с конвертерами и мартенами. Нагревание шихты регулируется изменением силы дуги. Над расплавом можно создать любую атмосферу: окислительную, нейтральную или вакуум. Расплавленная шихта нагревается до большей температуры и поэтому можно легировать сталь тугоплавкими компонентами – вольфрам, молибден, ниобий и др. Электросталь содержит наименьшее количество серы и фосфора. В электродуговых печах выплавляют наиболее качественные конструкционные, высоколегированные, нержавеющие, жаропрочные и др. стали.

Электродуговая печь. Дуговая печь (рис. 13.2) изготовлена в форме цилиндра с плоским дном. Снаружи окутан в прочный стальной кожух, внутри футерован огнеупорными материалами: основными и кислыми. Съемный свод 2 имеет отверстия для угольных или графитовых электродов 3. В стенке корпуса 1 расположено окно 4, в которое сливают шлак, загружают ферросплавы для раскисления, берут пробы. Готовую сталь выливают в выпускное отверстие, которое имеет сливной желоб 7.

Нагрев и расплавление металла осуществляется между тремя электрическими дугами, образующимися между каждым электродом и проплавленной шихтой (ванной). Трехфазный ток подводится к электродам от понижающего трансформатора. Рабочее напряжение в малых печах – 100-200 В, в больших – 400-600 В. Сила тока составляет до десятков тысяч ампер.

Электроды в процессе плавки сгорают, их наращивают, свинчивая с новыми электродами. Быстрое опускание и подъем их осуществляется подъемными механизмами. В печах емкостью более 25 тонн имеются вибрационные механизмы для перемешивания металла.

При окислительном периоде дефосфорацию проводят в несколько этапов постоянно сливая шлак и наводя новый добавками руды и извести. Обеспечивают очень хорошее удалении фосфора – до 0,01%. Удаление углерода осуществляется продувкой кислородом.

Рис. 13.2. Электродуговая печь

Задачами восстановительного процесса являются раскисление стали, удаление серы и доведение состава металла до заданного. Интенсивное раскисление ферромарганцем, ферросилицием и алюминием позволяет получать высококачественную сталь. Удаление серы значительно лучше, чем в мартеновских печах – до 0,01%.

Легирование проводят также, как и в мартенах.

Индукционная печь. Тепло получается за счет индуцируемого в металле электрического тока. Плавку металла проводят в тигле, изготовленном из основных или кислых материалов. Вокруг располагается спиральный многовитковый индуктор, изготовленный из медной трубки, в которой циркулирует охлаждающая вода. Различают высокочастотные (10-1000 кГц), работающие на повышенной частоте (500-10000 Гц) и промышленные печи (50-60 Гц). При пропускании тока через индуктор в металле, находящемся в тигле, индуктируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Под действием электромагнитного поля индуктора при плавке происходит интенсивная циркуляция металла, что способствует ускорению химических реакций, выравниванию химического состава, быстрому всплыванию неметаллических включений, выравнивание температуры.

Применение электроэнергии позволяет получать более высокие температуры и более точную их регулировку, поэтому в индукционных печах выплавляют нержавеющие, жаропрочные стали и др.

Повышение качества стали позволяет получать более высококачествен­ные стали и пр. К нему относится рафинирование – очищение стали от примесей:

• очищение стали от примесей при помощи вакуумирования. Чтобы сталь не поглощала в себя кислород извне. Ее переносят в вакуумную камеру, создают над ней давление и выделившийся газ отсасывают;

• продувка аргоном через пористые пробки в ковше. Аргон ускоряет химические реакции, коагулирует и выводит неметаллические включения, выводит газы на поверхность, измельчает зерна и т.д.;

• очищение синтетическими флюсами. Сталь на большой скорости льется в ковш и перемешивается с флюсами, которые всплывают на поверхность.