Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛИ С ОБОГРЕВОМ ЗАГЛУБЛЕННОЙ ДУГОЙ

Описаны варианты доводки стали с обогревом заглубленной дугой, а также особенности физикохимических условий рафинирования, нагрева, раскисления и легирования. Доводка с заглубленной дугой экономичнее традиционного метода. Рекомендуется дуплекспроцесс в двух электропечах.

Рафинирование и обогрев стали на заключительном этапе ее плавки в электропечи могут быть проведены с заглублением дуги под уровень металла. При этом появляются дополнительные преимущества, недостижимые в традиционном способе плавки с обогревом открытой верхней дугой. Схемы аппаратурного оформления работы с заглубленной дугой показаны на рисунке. В варианте а дуга горит между электродами, заформованными в блок из огнеупорного материала, например доломита. Замыканию электродов расплавом препятствует .давление газов, образующихся в зоне разряда с участием материала блока.

Вариант б изображает то же самое, но с поддувом аргона в каверну, которую прожигает дуга. Поддув позволяет сделать горение дуги более устойчивым. Но при этом усложняется оборудование, потому что необходимо согласовать электрический режим разряда и режим поддува с заданной глубиной погружения дуги. На схеме в показана заглубленная дуга с замыканием на поверхность расплава в каверне. Второй полюс электрической цепи в этом случае подключают на шлак или на расплав. Работа на трехфазном токе показана на схеме г. В этом варианте можно заглубить одну, две или все три дуги.

Существуют другие схемы работы с заглубленной дугой. Каждая имеет достоинства и недостатки. Реализация каждой требует решения проблем, специфических для данного случая. Общее состоит в том, что дуга горит от конца электрода, а боковая его поверхность электрически изолирована от расплава огнеупорным или рудным материалом. Горение заглубленной дуги сопровождается интенсивным барботированием расплава газообразными продуктами, выделяющимися из зоны дугового разряда. Огнеупорный материал блока в зоне дуги оплавляется и (или) газифицируется, соединения элементов диссоциируют. С участием углерода расплава и углерода электродов происходят восстановительные реакции. Интенсивность барботирования продуктов этих реакций через расплав сравнима с кипением стали в окислительном периоде, но она жестко связана с мощностью дугового разряда и вследствие этого управляема.

При барботаже газы отдают избыточное тепло расплаву. По выходе из зоны плазмы дугового разряда некоторые продукты ассоциируют и тоже отдают расплаву избыточное тепло. В результате тепло дуги полнее усваивается металлом. Условия службы футеровки облегчаются, а потери тепла в окружающую среду уменьшаются. Газы фильтруются через расплав, и пылеобразование от заглубленной дуги также намного меньше, чем от открытой.

С применением заглубленной дуги изменяются физикохимические условия рафинирования металла. Удаление серы, фосфора, мышьяка происходит в результате взаимодействия расплава с парами кальция и магния, которые образуются в зоне дуги и бар ботируют через расплав. Шлак в этом случае должен обладать достаточными сульфидной и фосфидной емкостями. Не только десульфурация, но и дефосфорация при работе на заглубленной дуге являются восстановительными. Одновременно происходит глубокое раскисление расплава. Существенно, что заглубленная дуга обогревает металл, а не шлак. Шлак нагревается от металла, при этом его температура ниже. В связи с этим возвратные процессы при рафинировании менее вероятны. Шлак рафинировочного процесса подлежит регенерации и повторному использованию.

Иные условия наблюдаются и для легирования металла. Оболочку на заглубленном электроде делают из оксидов легирующих элементов. В зоне дуги легирующие восстанавливаются и насыщают расплав. Потребность в ферросплавах если не отпадает, то, во всяком случае, резко сокращается.

Специфические расходуемые изделия для работы с заглубленной дугой — это дуговые блоки, т.е. изделия из рудного или огнеупорного материала, снабженные электродами (электродом). Для насыщения расплава хромом блоки производят из хромита, для насыщения марганцем— из пиролюзита, для рафинирования от серы и фосфора— из извести. Каждая оболочка делается на соответствующем связующем. Расходование электродов и их оболочек должно происходить с одинаковой линейной скоростью. Этого можно достичь соответствующим расчетом и подбором их состава и технологии изготовления. В перспективе производство дуговых блоков возникает и будет возрастать, а производство ферросплавов сокращаться.

Опытным путем установлены некоторые количественные сведения о преимуществах работы с заглубленной дугой. В частности, при выплавке стали марки 35ХГ2А обычным элект родуговым процессом в основной печи на 1т слитков расходуют 900 кг лома; 100 кг чугуна; 35 кг ферромарганца; 20 кг феррохрома; 10 кг ферросилиция и 1кг алюминия, а также окислители, шлакообразующие и электроды; при этом затрачивают 820 кВт * ч электроэнергии. При доводке стали этой марки на заглубленной дуге расходуется 980 кг лома и 70 кг дуговых блоков (трех типов). Общий расход электроэнергии 1020 кВт • ч на 1 т.

Суммарный выигрыш, выраженный в эквиваленте энергии, с учетом того, что ферросплавы и раскислители не понадобились, составляет 200400 кВт • ч на 1т стали. Это можно объяснить тем, что вся энергия на восстановление и раскисление отбирается от дугового разряда непосредственно в расплаве стали и используется полезнее, с меньшими потерями в окружающую среду. Отсутствуют потери элементов со шлаком.

Перспектива применения процесса с заглубленной дугой является реальной для агрегатов типа FL (печь—ковш) и для дуплекс процесса с двумя электропечами, одна из которых работает в режиме плавления, другая в режиме доводки. Максимального эффекта можно достичь в ближайшее время при модифицировании чугуна магнием, получении кремнемагниевых сплавов, рафинировании марганцовистых марок стали от фосфора, рафинировании сплавов марганца.

Физикохимические условия нагрева,рафинирования, раскисления и легирования расплава с применением заглубленной дуги выгодно отличаются от традиционной работы с верхней дугой. Целесообразной является отработка технологии плавки и аппаратурного оформления нагрева заглубленной дугой для повышения экономичности электродугового процесса.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994

Экспертиза

на главную