Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Задачи и протекание периода плавлени

В период плавления нужно как можно быстрее перевести металл в жидкое состояние.

Длительность периода плавления зависит от емкости дуговой печи, установленной мощности трансформатора, состава выплавляемой стали, электрического режима и ряда других факторов. Абсолютная продолжительность периода плавления изменяется от одного до четырех часов, что составляет одну-две трети длительности всей плавки. В большинстве случаев это самый продолжительный период плавки. Учитывая отсутствие каких-либо технологических ограничений в форсировании плавления шихты, следует признать, что в сокращении периода плавления имеются большие резервы увеличения производительности дуговых сталеплавильных печей. Технически обоснованной является длительность плавления в печах любого тоннажа, не превышающая 1,0—1,5 часов.

Большое тепловосприятие ванны в период плавления позволяет в этот период работать с максимальной мощностью и при максимальном напряжении на электрической дуге (в рациональных, конечно, пределах). Лишь в самом начале периода плавления, когда дуги открыты и расположены высоко, излучение длинных электрических дуг может привести к перегреву футеровки свода и стен. Поэтому в первые минуты рекомендуется применять более низкое напряжение. После образования колодцев дуги оказываются экранированными шихтой, что позволяет перейти к плавлению при максимальных напряжении и мощности.

Этапы плавления шихты
Рисунок.1 Этапы плавления шихты:
а — начало плавления, б — проплавление колодца; в — конец плавления

Работа на самой высокой ступени напряжения в период плавления целесообразна по двум причинам. Во-первых, чем выше напряжение, тем при той же мощности меньше сила тока и тем меньше потери в цепи, т. е. тем выше электрический к.п.д. Во-вторых, чем выше напряжение, тем длиннее дуга и тем на большую поверхность шихты распространяется ее излучение.

Если шихта подобрана и уложена правильно, то расположенная сверху мелкая шихта быстро проплавляется и дуги погружаются в шихту, не оказывая на футеровку дуговой печи заметного воздействия. В этом случае расплавление с самого начала можно вести на максимальной мощности.

Дуги прожигают в твердой шихте колодцы диаметром на 30— 40% больше диаметра электродов. В процессе прожигания колодцев тепловосприятие шихты максимально, так как дуга горит непосредственно в твердой шихте, а боковое излучение дуг воспринимается стенками колодцев. Через 30—40 мин, считая от начала периода плавления, электроды опускаются в крайнее нижнее положение — до поверхности скопившегося на подине жидкого металла. С этого момента скорость плавления несколько замедляется, так как тепло аккумулируется в основном жидким металлом, он перегревается и в нем растворяется твердая шихта. Лишь небольшая часть тепла дуги передается твердой шихте излучением на стенки колодцев.

Для более быстрого расплавления шихты после прожигания колодцев современные крупные дуговые сталеплавильные печи оборудуют механизмом вращения ванны. Это позволяет прожигать не три, а девять колодцев, в результате чего скорость плавления на вращающихся печах выше, чем на печах со стационарной ванной. Однако усложнение конструкции печи, перерывыв ее работе, вызываемые подъемом электродов и свода на время вращения ванны, а также большие тепловые потери, связанные с охлаждением свода и электродов, ставят под сомнение целесообразность вращения ванны.

Ускорение плавления шихты вне зоны действия электрических дуг может быть достигнуто применением газо-кислородных горелок. При их использовании продолжительность периода плавления и расход электроэнергии сокращаются примерно на 15—20%, хотя общий расход топлива на плавку несколько увеличивается. Положительный экономический эффект достигается вследствие более низкой стоимости топлива по сравнению со стоимостью электроэнергии и электродов, а также в результате увеличения производительности печи.

Водоохлаждаемые газо-кислородные горелки в рабочее пространство вводят либо тангенциально и под углом примерно зонту через отверстия в стенах либо через свод (см. рисунок 2). Тангенциальное расположение горелок менее удобно, так как они быстро забрызгиваются шлаком. Сводовые горелки в окислительный период используют как фурмы для вдувания кислорода. В период плавления для предотвращения чрезмерного окисления шихты соотношение между кислородом и газом поддерживается в пределах 1,0—1,5.

Для сокращения периода плавления на некоторых заводах практикуют предварительный подогрев шихты в бадьях до 400—700° С газо-кислородными горелками. Удельные энергетические затраты на плавку в стоимостном выражении могут быть при этом снижены на 15—25%. Однако этот процесс широкого распространения не получает из-за трудностей его осуществления в крупных высокопроизводительных цехах.

Этапы плавления шихты
Рисунок.2 Схема расположения боковых (а) и сводовых (б) газокислородных горелок

Широко пользуются интенсификацией в период плавления при помощи газообразного кислорода, вводимого через водоохлаждаемую фурму или футерованные трубы (d = 3/4) непосредственно в жидкий металл. Выделение значительного количества тепла при окислении железа, марганца, кремния, углерода и других примесей способствует быстрому повышению температуры жидкого металла и растворению в нем оставшейся шихты.

Чем раньше начать продувку, тем больше интенсивность плавления, но вместе с тем и больше угар железа и окисляемых элементов. Применение кислорода для интенсификации оправдано, если стоимость кислорода и повышенный угар компенсируются экономией от ускоренного периода плавления.

В период плавления кислород целесообразно также применять для подрезки шихты. В процессе плавления отдельные куски шихты свариваются между собой, образуя мосты. При растворении нижних кусков может произойти обвал шихты и вызвать поломку электродов. Часть шихты застревает на откосах и не растворяются в жидкой ванне, а ее расплавление требует значительного времени. И в том и в другом случае необходимо шихту периодически обваливать. Обычно это делается с помощью завалочной машины, но при этом печь приходится отключать, поднимать электроды и через рабочее окно вводить на хоботе завалочной машины мульду и, пользуясь ею, обваливать шихту.

Таблица.1 Тепловой эффект и расчетное повышение температуры ванны при окислении 1% элемента газообразным кислородом

Этапы плавления шихты

Эта операция значительно упрощается при подрезке шихты кислородом. Для этого струю кислорода направляют под основание застрявших кусков шихты, они оплавляются и шихта погружается в расплавленный металл.

В процессе периода плавления происходит окисление примесей, вносимых шихтой. Практически полностью окисляются алюминий, титан, кремний, значительное количество хрома, марганца и других примесей. С целью сокращения длительности окислительного периода в период плавления целесообразно создавать условия, благоприятные для окисления фосфора. Для этого количество руды и извести в завалку надо рассчитывать таким образом, чтобы к концу периода плавления основность шлака была более 1,6, а содержание закиси железа превышало 12%. При соблюдении этих условий в период плавления окислится более половины внесенного шихтой фосфора.

После полного расплавления шихты и тщательного перемешивания ванны отбирают пробу металла на полный химический анализ и на 3/4 скачивают шлак, вместе с которым удаляется значительная часть окислившегося фосфора. В случае получения в первой пробе пониженного содержания углерода шлак скачивают начисто и, пользуясь коксом или электродным боем, проводится науглероживание металла. Затем в печь присаживают известь с плавиковым шпатом в количестве 1,5—2,0% от массы металла и после их растворения приступают к окислительному периоду.

Источник [4] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Плавка стали в открытых электропечах
Вернуться на главную: Черная металлургия