Плавка стали в электрических печах
Выплавка стали с использованием электроэнергии в качестве источника тепла имеет ряд преимуществ перед другими способами получения стали. При использовании электроэнергии представляется возможным подводить тепло непосредственно к зонам реакции; развивать высокие температуры, что способствует ускорению плавки, наводке высокоизвестковистых шлаков и получению металла с минимальными содержаниями вредных примесей— серы, фосфора и газов. Использование электроэнергии позволяет также проводить сталеплавильный процесс в различной атмосфере. В связи с этим, как правило, в электрических печах выплавляют качественные и высококачественные стали.
Наибольшее распространение получили электрические дуговые -сталеплавильные печи и индукционные печи. Печь имеет сферическую подину и сферический свод, через который в печь вводятся три электрода для
подвода электротока. Современные дуговые печи имеют съемный свод, что позволяет загружать шихту практически в один прием сверху. Печь имеет рабочее окно, сталевыпускное отверстие. Опирается печь на шаровые сегменты и с помощью специального механизма поворота может наклоняться в сторону рабочего окна для спуска шлака и в сторону разливочного пролета для выпуска металла.
Электрический ток поступает от печного трансформатора на угольные или графитизированные электроды. Между электродами и шихтой или жидкой ванной возникает электрическая дуга, в результате чего в рабочем пространстве печи развиваются высокие температуры (до 2500°С). Электроды удерживаются электрододержателями, которые могут автоматически изменять длину дуги в зависимости от потребностей процесса.
Печи работают на трехфазном токе при напряжении ~200—400 В, ток измеряется десятками тысяч ампер.
Плавка в дуговой печи состоит из следующих основных периодов: завалка шихты, плавление, окислительный и восстановительный периоды и выпуск.
Как правило, печи работают на твердой шихте, в состав которой в основном входят стальной лом и легированные отходы. В окислительный период происходит выгорание примесей шихты — Р, С, Si, Mn; в восстановительный период осуществляют раскисление металла, удаление серы и легирование.
Современные дуговые печи строят емкостью до 400 т. Длительность плавки 4—6 ч. Для интенсификации процесса плавки применяют продувку металла кислородом. Расход электроэнергии на выплавку 1 т стали составляет 600—1000 кВт-ч.
Индукционная печь состоит из огнеупорного тигля, вокруг которого устроена водоохлаждаемая индукционная обмотка. При прохождении по обмотке тока высокой частоты (до 10000 Гц и больше) возникает магнитный поток, который, пронизывая металлошихту, наводит в ней вихревые токи; одновременно происходит интенсивный напрев металла в тигле.
Индукционные печи имеют определенные преимущества перед дуговыми печами: отсутствие электродов и дуг позволяет выплавлять металл с низким содержанием углерода и газов; металл в тигле постоянно подвергается перемешиванию под воздействием электромагнитного поля. Процесс плавки в индукционной печи длится 1— 2 ч. Плавка сводится в основном к расплавлению легированных отходов, раскислению и легированию. Очень важно для плавки в индукционной печи точно рассчитать шихту, так как в процессе самой плавки корректировать состав металла практически не представляется возможным. Индукционные печи имеют тигли емкостью от нескольких килограммов до нескольких тонн.