29.3.3. Електричні печі.
Перспектива розвитку сталеваріння в мартенівських печах полягає в повній заміні однованних печей на двованні, впровадження системи автоматичного контролю керування технологічними процесами варіння сталі.
Використовувати електричні печі для варіння сталі почали з кінця XIX - початку XX ст. Це досконаліші агрегати для варіння сталі порівняно з кисневими конвертерами та мартенівськими печами. В електричних печах легко регулюється нагрівання шихти зміною сили струму; можна створити над розплавом певну атмосферу: окисну, нейтральну або вакуум; розплавлена шихта нагрівається до вищої температури, а це дає можливість легувати сталі трудноплавкими металами; менше вигоряє заліза; отримана сталь значно якісніша, оскільки містить менше домішок (фосфору, сірки, азоту), неметалевих включень. Для варіння сталі використовують дугові та індукційні електричні печі.
1 . Дугова електрична піч. Дугова піч виготовлена у формі циліндра з плоским дном (рис. 43). Ззовні вона окутана сталлю, усередині викладена вогнетривкою динасовою або хромомагнезитовою цеглою. Склепіння печі 2 має три отвори для електродів 3, які виготовляють із вуглецю або графіту. Діаметр електродів становить 400-500 мм, а довжина сягає до 2 м. Число електродів відповідає числу фаз електричного струму. У стіні корпуса печі 1 є вікно 4 для завантаження в піч розкислювачів, зливання шлаку, взяття проб металу та шлаку на аналіз. На час роботи печі вікно закривають. Готову сталь виливають через випускний отвір, який має зливний жолоб 7 Для цього піч нахиляють у бік зливного жолоба.
Для завантаження у піч шихти (скрап, чавун, розкислювачі, легуючі елементи) склепіння піднімають або відсувають вбік. Нагрівають і розплавляють шихту 6 теплотою, яка виділяється під час горіння електричних дуг 5, що утворюються між електродами та шихтою. У процесі варіння сталі електроди згоряють, їх замінюють новими. Піднімають і опускають електроди за допомогою спеціального механізму. Довжини дуг регулюються автоматично.
Об'єм електричних печей 2,5-200 т, тривалість варіння сталі, що залежить від об'єму печі та марки сталі, становить 2-6 годин.
Технологія варіння сталі в дуговій електричній печі складається з таких операцій:
• заправлення череня;
• завантаження шихти;
• опускання електродів;
• розплавлення шихти та окислення домішок;
• зливання шлаку;
• кипіння розплаву;
• розкислення розплаву;
• випускання готової сталі.
Шихту завантажують у піч так: спочатку подають малі, потім більші, а далі великі куски шихти. Шихту вкладають щільно. Потім опускають до самої шихти електроди і вмикають струм.
Починається плавлення шихти: окислюються домішки (кремній, манган, фосфор тощо), вуглець і частково залізо; утворюється первинний шлак і виділяються гази. Шлак зливають, додають флюс та руду. Наступає кипіння розплаву і виділяються гази. Після закінчення кипіння беруть проби сталі та шлаку на аналіз і знову зливають шлак. Потім сталь розкислюють та виводять сірку. Для цього до розплаву додають розкислювачі та флюси. У кінці розкислення знову беруть пробу розплаву на аналіз. У разі потреби додають легуючі елементи (у процесі варіння легованих сталей). Остаточне розкислення сталі проводять алюмінієм. Готову сталь випускають у ківш.
Основні показники роботи дугових електричних печей. До основних показників, що характеризують роботу дугових печей, належать продуктивність печі, витрата електричної енергії та графітових електродів на виплавляння 1 т сталі.
Продуктивність печі визначають кількістю сталі, яку отримують за добу на 1000 кВ*А потужності трансформатора. Для середніх за об'ємом печей продуктивність становить 12-15 т.
Витрати електроенергії дорівнюють 500-600 кВт/год. Витрати графітових електродів на 1 т сталі дорівнюють 6,5 кг.
Шляхи поліпшення цих показників полягають у збільшенні потужності трансформаторів, впровадженні позаагрегатного рафінування сталі, кисневого дуття, електромагнітного перемішування розплаву, використанні металізованих грудок (замість чавуну), збільшенні об'єму печей до 500-600 т і кількості електродів до 6 штук.
2. Індукційна піч. Цей сталеварний агрегат складається з вогнетривкого керамічного тигля 1 та індуктора 2, приєднаного до генератора великочастотного струму (рис. 44). Індуктор виготовлений із мідної трубки у вигляді багатовиткової спіралі. Для охолодження індуктора використовують воду, яка циркулює всередині трубки-індуктора. Тигель накривають накривкою 5, що дає можливість створити в печі окислювальну, відновлювальну або нейтральну атмосферу.
Ш ихтою для виробництва сталі є чистий (з малою кількістю домішок фосфору і сірки) та приблизно однаковий за хімічним складом скрап. Під дією індукційного струму в шихті виникають вихрові струми, які призводять до її розплавлення. Наприкінці процесу сталеваріння до розплаву З додають розкислювачі та легуючі елементи. Готову сталь виливають жолобом 4 у ковші та подають на розливання або у ливарні цехи для виготовлення відливків.
Об'єм тиглів індукційних печей не перевищує 30 т. У цих печах варять багатолеговані сталі та сплави особливого призначення. Отримані сталі мають малий вміст вуглецю (у дугових електричних печах не можна виплавити сталь із малим вмістом вуглецю, оскільки вугільні електроди є джерелом навуглецювання розплаву). Крім того, ці сталі (їх називають індукційними} дуже якісні: вони мають малий вміст азоту та неметалевих включень.
Основні недоліки, індукційних печей - малий об'єм тиглів, невеликий термін їх використання (в одному тиглі можна варити сталь до сто раз), велика вартість електричного обладнання тощо.