Электродуговая сталеплавильная печь - печь, в которой тепло электрической дуги используется для плавки стали.. Мощность дуговых печей варьируется от 6 к 200 тонны. Эти печи служат преимущественно для выплавки легированных и высококачественных сталей., которые трудно получить в конвертерах и мартеновских печах. Одной из основных особенностей дуговой печи является возможность достижения высоких температур в рабочем пространстве. (до 2500 °С).
Основные преимущества Электродуговая сталеплавильная печь:
- Возможность управления окислительно-восстановительными свойствами среды при плавке., а также обеспечить восстановительную атмосферу и неокисляющие шлаки в печи, что предопределяет малый расход легирующих элементов (для справки: отходы – это потери металла в результате окисления при плавке или нагреве.);
- Быстрый нагрев металла связан с вводом тепловой энергии в сам металл.. Это позволяет вводить в печь большое количество легирующих элементов.;
- Плавная и точная регулировка температуры стали.;
- Более полный, чем в других печах, раскисление металлов, получение его с низким содержанием неметаллических включений;
- получение стали с низким содержанием серы.
Одним из недостатков электродуговой сталеплавильной печи является необходимость обеспечения высокого качества шихтовых материалов., из которых 75-100% это стальной лом. Лом должен иметь как можно меньше примесей цветных металлов., фосфор, и ржавчина. Лом должен быть тяжелым для загрузки за один раз., потому что. каждая загрузка лома значительно удлиняет плавку. Еще одним недостатком дуговой печи является непроизводительное использование мощности печи в периоды низкого энергопотребления. (периоды окисления и восстановления).
Дуговые печи делятся на печи прямого действия. (дуга между электродом и нагретым материалом), косвенного действия (дуга между электродами вне нагретого материала), и закрытого типа (дуга находится под слоем материала). Примером печи закрытого действия является печь для ферросплавов.. В печах этого типа, минимальные теплопотери через крышу, потому что. он защищен от дуги слоем материала.
Дуговые печи для стали обычно представляют собой печи прямого действия и делятся на печи переменного тока. (АКФ) и печи постоянного тока (DCF). В печах переменного тока, трехфазный ток проходит между электродами через промежуточный слой, какова плата (металл, углерод). Эти печи требуют дорогостоящих устройств для компенсации низкого cos φ и больших индуктивных сопротивлений источника тока в короткой сети., что вызывает самопроизвольный переход мощности с одной фазы на другую. Как результат, образование «мертвого» (недостаток мощности) и «дикий» (чрезмерное выделение мощности) фаза возможна.
В печах постоянного тока, мощность выделяется равномерно и отсутствуют присущие печам переменного тока компенсирующие устройства. Вместо трёх графитовых электродов, в ДППП есть только один (хотя его можно разделить на несколько), и второй электрод (анод) это нижний электрод. Преимущества печей постоянного тока по сравнению с печами переменного тока: 1.5-2 в разы меньше расход графитовых электродов, 5-15% меньше энергопотребления, 10% меньший износ огнеупоров, 8 в разы меньше выбросов пыли (0.9- 1 кг/т вместо 7-8 кг/т в печи переменного тока) и с более низким уровнем шума (90 децибелы вместо 120 децибелы в печах переменного тока).
Основной недостаток электродуговых сталеплавильных печей постоянного тока связан с получением постоянного тока из переменного и высокими капитальными затратами на преобразователи тока.. Чтобы компенсировать этот недостаток, разработаны специальные полупроводниковые технологии. К недостаткам ДБПТ также можно отнести необходимость использования более дорогих электродов большего диаметра. (700-750 мм) вместо электродов диаметром 350-610 мм в ЭДП и недостаточная надежность нижних электродов.
Принцип работы ДСП заключается в следующем.. Шихтовые материалы загружаются на подину печи сверху в открывающееся рабочее пространство с помощью ванны. (корзина) с открывающимся дном.
После этого, свод печи переезжает на ванну, который имеет форму чаши. Электроды опускаются через отверстия дуги до тех пор, пока не произойдет короткое замыкание с шихтой и не зажжется электрическая дуга.. Плавление и нагрев осуществляются за счет тепла электрических дуг, возникающих между электродами через жидкий металл или металлические заряды.. После плавления шихты в печи, образуется слой жидкого металла и шлака. Путем добавления в жидкую сталь раскислителей и легирующих добавок., желаемый состав стали достигается. Готовая сталь и шлак выгружаются через сливной желоб путем наклона рабочего пространства.. Рабочее окно, закрыт демпфером, предназначен для контроля хода плавления, отремонтировать очаг, Загрузка материалов, и промежуточный выпуск шлака (в период окисления). Температура жидкой стали при выпуске стали равна 120-150 °C выше температуры ликвидуса и 1550-1650 °С.
В процессе плавления, 4 выделяются периоды:
1 — подготовка печи к плавке (20-40 минуты). Исправление изношенных участков при засыпке подины магнезитовым порошком, пополнение заряда;
2 – период плавления (70-180 минуты). Ввод максимальной электрической мощности. Нагрев и плавление шихты; образование шлака из-за окисления кремния, марганец, углерод, и железо с кислородом воздуха, шкала. Для ускорения плавления твердой шихты можно использовать газокислородные горелки, установленные в стенах или на крыше.. Возможна продувка жидкого металла кислородом для ускорения процесса плавления остатков нерасплавленной шихты.. Удаление основной массы фосфора из металла за счет присутствия основного железистого шлака.;
3 – период окисления (30-90 минуты). Слив основной массы шлака для удаления фосфора из печи; добавка шлакообразующих присадок (лайм, и т. д.); рудная добавка для интенсивного окисления углерода, получение эффекта «кипения», во время которого металл дефосфорируется, а водород и азот удаляются пузырьками CO.; периодическая выгрузка вспененного шлака; нагрев металла до температуры на выходе; полный слив окислительного шлака для предотвращения перехода фосфора из шлака в металл в период восстановления;
4 - восстановительный период (40-120 минуты). Добавка ферромарганца и феррохрома для доведения содержания марганца и хрома до необходимого для выплавляемой марки стали., а также ферросилиций и алюминий для раскисления металлов (раскисление – удаление кислорода из жидкого металла путем добавления раскислителей.: углерод, кремний, марганец); улавливание высокоосновных шлаков добавлением извести, плавиковый шпат, и шамот для ускорения раскисления и удаления серы из металла; раскисление молотым коксом; раскисление молотым ферросиликом в смеси с известью, плавиковый шпат, и кокс; если необходимо, добавление сильных раскислителей: Кремнийкальций и алюминий; легирование стали ферровольфрамом, феррованадий, ферросилиций, ферротитан, алюминий, и т. д.; выпуск стали вместе со шлаком для допереработки серы и неметаллических включений в шлак.
Основными параметрами, ограничивающими процесс плавки, являются температура футеровки и суммарная электрическая мощность.. Если температура низкая, тогда мощность сохраняется на максимуме без опасности перегрева футеровки. Превышение температуры 1500-1800 °C нежелательна для футеровки. Очаг обычно делают из магнезитового кирпича., а стены и свод бани сложены из магнезит-хромитового кирпича.. Сопротивление футеровки стен и свода колеблется от 75-250 тает. Сопротивление очага 1500-5000 тает, при условии его замены после каждой плавки засыпкой магнезитового порошка.. Общая толщина пода печей, работающих с электромагнитным перемешиванием, не должна превышать 800-900 мм.
Во время плавления, из ДСП выделяется большое количество запыленных газов (особенно в период окисления). Температура газов равна 900-1400 °С. Среднее количество газов в период окисления достигает 180-200 м3/(т⋅ч). Во влажной пыли, газ охлаждается и затем выбрасывается в атмосферу.
Для снижения энергопотребления в ДСП, рекомендуется следующее:
1. Перенос операций окисления и восстановления на дуговую печь меньшей мощности (установки «ковш-печь». В этом случае, мощность холостого хода резко снижается, и, соответственно, удельный расход энергии падает;
2. Предварительный подогрев топливной смеси перед загрузкой в ДСП ( электродуговая сталеплавильная печь). Для этого можно использовать погрузочный ковш.. Результат: экономия дорогой электроэнергии;
3. Использование газокислородных горелок для предварительного подогрева и плавления шихты.. Результат: сокращение времени плавления и энергопотребления (к 10-15%). Тот же эффект получается при продувке углеродосодержащих материалов струей кислорода.;
4. Использование физического тепла отходящих газов с применением сухой очистки для последующего подогрева воды или без очистки для подогрева шихты.;
5. Использование физического тепла жидких шлаков для получения горячей воды и других целей.;
6. Наклонная установка электродов (до 45 градусов от вертикали), что позволяет отводить газы вертикально вверх через вал и нагревать шихту. Дополнительный эффект: снижение расхода электродов за счет охлаждения их концов.
Обустройство очага, Стены, и арка главной электродуговой сталеплавильной печи
Очаг дуговой печи, как правило, выдерживает двухлетнюю кампанию (больше, чем 4,000 тает) до его полной замены при очередном капитальном ремонте.
Основная футеровка пода дуговой печи состоит из набивочного слоя., слой кирпичной кладки, и теплоизоляционный слой. При его создании, наблюдается следующая последовательность действий:
Дно металлического кожуха печи выкладывается листовым асбестом. 10-20 толщина мм, перекрытие швов между собой.
Шамотный порошок насыпают для выравнивания поверхности (5-30 мм). Стенки кожуха утепляются листовым асбестом в один или два ряда.. Шамотный кирпич укладывают на выровненную поверхность дна в один или два ряда на плашке и на ребре., засыпаем швы шамотным порошком и простукиваем их деревянным молотком.
Магнезитовые кирпичи выкладываются на шамот по краю., на кубике линейными рядами, а кладка ведется от центра низа печи к стенкам. Швы параллельных рядов кладки не должны совпадать., поэтому, в каждом ряду, кирпичи укладываются под углом 45 ° к предыдущей строке. Кладка выполняется «всухую»., потирая кирпичи друг о друга. Толщина швов не должна превышать 1 и 2 мм, соответственно, в центре и у стен (контроль с помощью щупа).
Прежде чем закладывать очаги, кирпичи подбираются одинакового размера без сколов. Каждый ряд кладки посыпается магнезитовым порошком., постукивание кирпича деревянными молотками для уплотнения. Температурный разрыв до 65 шириной мм оставлено по окружности корпуса печи, наполняем его асбестовой ватой. Перекосы по ширине и вертикальности зазора не допускаются..
Кладку откосов из обычного магнезитового кирпича ведут уступами.. На кладке очага, очерчен круг определенного диаметра (в зависимости от мощности электродуговой сталеплавильной печи) и по нему выкладывают окантовочное кольцо из магнезитового кирпича. Пространство между кольцом и очагом выравнивается утрамбованной магнезитовой массой., и на образовавшуюся площадку выкладывается первый ряд скатов. Последующие ряды укладки откосов выполняются с перекрытием швов предыдущего ряда., формирование уступов, обеспечивающих заданную ширину будущего верхнего ряда. Утрамбованная масса утрамбовывается в температурный зазор откосов, перекрытие его верхним рядом кирпичной кладки. После выравнивания верха откосов магнезитовым порошком, они начинают кладку стен.
Во время кладки стен, их толщина уменьшена (в сторону арки) и стенам придан небольшой наклон (15-20 °).
Для уменьшения теплопотерь через стены, кладка изолирована от каркаса асбестовым листом, пеношамот или шамотный кирпич, и другие материалы. Для удобства в работе, листовой асбест приклеивается к каркасу печи жидким стеклом.
Стены главного электродуговые печи выкладываются магнезитовым и хромомагнезитовым кирпичом (Динасовый кирпич в основной печи быстро шлакуется под действием известковой пыли, так что такая кладка стен не очень распространена). В стенах тяжелых дуговых печей, вместо огнеупорной кладки в верхней зоне, элементы с водяным охлаждением применяются в соответствии с определенными требованиями (толщина стенки элемента 14-20 мм; расход воды на охлаждение 6-9 м3 за 1 м2 площади стенового элемента; исключение контакта элементов со шлаком и металлом; расход воды в элементах 2-6 РС; шипы на поверхности должны препятствовать скольжению огнеупорной футеровки и уступа). Использование элементов с водяным охлаждением. (панели) приводит к незначительному увеличению расхода электроэнергии на плавку (до 10 кВтч/т, или до 2%), снижение расхода огнеупоров на 50%, и увеличение производительности дуговой печи до 25%.
Достаточно широкое распространение получила кладка стен в запасных металлических каркасах.. Кирпич в них плотно укладывается на огнеупорные растворы или бетоны соответствующих составов..
Кладка розетки осуществляется на раствор или хромобетон.. Для укладки колонн, используются хромомагнезитовые кирпичи., и для арок, используются периклазошпинелевые кирпичи. Колонны рабочего окна выполнены из периклазошпинельного кирпича.. В некоторых печах, сливное отверстие образовано толстостенной металлической трубой, при этом зазоры в футеровке заделываются огнеупорным бетоном.
Одновременно с кладкой стен, производится облицовка сливного желоба. Металлический кожух желоба выкладывается листовым асбестом.. Кладка откоса, примыкающего к сливному отверстию, выполняется из магнезитового кирпича внахлест к желобу и обеспечивает его плотную стыковку с шамотным кирпичом, уложенным в желоб на шамотный раствор с толщиной шва <2 мм. Шамотную кладку желоба покрывают кельмой массой хромистого бетона и смешивают с раствором сернокислого магния плотностью 1.2-1.24 г / см3 до консистенции полусухой массы. Кладку желоба тщательно просушивают газовой горелкой до полного удаления влаги..
Чтобы слить металл из электродуговая печь в ковш без шлака, используются закрытые котловые желоба и эркер.
После завершения кирпичной кладки, приступают к изготовлению рабочего набивного слоя подины. Это выполняется: 1) из магнезитового порошка на обезвоженной смоле (89% магнезит, 10% каменноугольная смола, и 1% подача); 2) жидкое стекло, и 3) сухой. Перед набивкой на смолу, кладка очага прогревается до 60-80 °С, а магнезитовый порошок – до 100 °С. Смесь помещают в печь и набивают пневмотрамбовками слоями. 30-40 мм. Этот способ изготовления рабочего слоя горна очень трудоемок., так как это сопровождается выделением вредных газов.
На большинстве электродуговых сталеплавильных печей, засыпку рабочего слоя подины производят сухим магнезитовым порошком, содержащим 65-75% зерен размером 0.1-4 мм, 25-35% зерна <0.1 мм, и 15% частиц размером <0.06 мм. Перед начинкой, облицовка очага тщательно очищается, а глубину ванны измеряют на уровне порога заливного окна и дна выпускного отверстия. (должно быть по крайней мере 1300 мм).
Откосы набивают одновременно с очагом, при этом, чтобы уменьшить соскальзывание на очаг, начиночная масса увлажняется. Толщина подкладочного слоя пода должна быть >200 мм для ванны глубиной >1100 мм. Плотность упаковки проверяют металлическим стержнем длиной 4-5 м..
После начинки, очаг покрыт листовым железом 3-5 толщина мм. Для предотвращения повреждения очага во время наполнения, расстояние между загрузочной корзиной и очагом не должно превышать 0.5 м.
Снизить простои электросталеплавильных сталеплавильных печей из-за ремонтов., кладку и укладку футеровки подина дуговых печей производят заранее в запасном каркасе, при этом расход котельного железа на изготовление дополнительного корпуса печи компенсируется экономией, полученной от сокращения продолжительности ремонта.
Свод дуговой печи имеет повышенный износ по сравнению с другими частями футеровки.. В большей степени (2-3 раз) центральная часть арки изнашивается, преимущественно возле электродов. Значительное повышение долговечности футеровки свода достигнуто за счет использования в кладке водоохлаждаемых элементов..
Для облицовки сводов, Наибольшее распространение получили магнезит-хромитовые кирпичи и значительно реже – динасовые кирпичи.. Ряд зарубежных заводов используют высокоглиноземистый кирпич.. Арка набита на куполообразный металлический шаблон., с определенной подъемной стрелой. Величина выпуклости кладки свода зависит от материала облицовки.. Отношение высоты выпуклости (подъемная стрела) к диаметру арки 1:12 для Динаса, и 1:10 для магнезита хромита. Шаблон имеет выемки для электродных отверстий в кладке и фиксаторы для точной установки сводчатого каркаса.. При правильном размещении каркаса на шаблоне и соответствии отверстий в кладке крыши расположению электродов., кислородное копье, и выхлоп газа на печи, значительная экономия времени получается при замене кровли с изношенной вагонкой и, кроме того, увеличение срока службы новой кровли.
В зависимости от мощности электродуговой сталеплавильной печи, условия обслуживания, и характеристики износа огнеупорной футеровки сводов, используются четыре метода укладки: арочный, секторно-арочный, сектор и комбинированный (кольцевой по периферии, и сектор в центре). Арочную кладку применяют на печах небольшой мощности.. Наиболее распространена секторно-арочная кладка.. Выполняется фасонным кирпичом.. В начале, через середину хранилища, обычно шириной в два кирпича, выложена массивная арка, к которому подведена еще одна арка под прямым углом. Секторы между арками заполняются кирпичом в определенной последовательности..
