Реферат: Электродуговые печи
Для ускорения плавления шихты крупные печи оборудуют устройством для вращения корпуса на ±40°. Последовательно, поворачивая корпус печи на 40° от нормального положения, затем возвращая в нормальное положение и снова поворачивая на 40° в другую сторону, добиваются значительного расширения зоны непосредственного действия электрических дуг, а следовательно, улучшения условий расплавления шихты.
Длительность периода плавления может быть сокращена также путем вдувания кислорода в жидкий металл. Его вводят по расплавлении примерно 70—75% всей садки. Кислород подается трубками (диаметром 1/2—3/4), вводимыми в жидкую ванну, а также и на куски нерасплавившегося скрапа через гляделку в заслонке рабочего окна, под избыточным давлением 0,81— 1,22 Мн/м2 (8—12 am). Вследствие окисления железа, марганца, кремния и других примесей газообразным кислородом
Рис. 115. Изменение мощности (1) и напряжения (2) по ходу плавки в 40-т электропечи
выделяется большое количество тепла, что и обусловливает ускорение расплавления остатков лома и повышение температуры металла.
При применении кислорода длительность периода плавления сокращается на 10—15%. Расход кислорода составляет 5—10 м3 /т стали. В процессе плавления в печь присаживают известь или известняк, а за 20—25 мин до окончания расплавления — железную руду.
При плавлении шихты протекает ряд физико-химических процессов. Практически полностью окисляются кремний, алюминий и титан, около половины окисляется марганца. Происходит также и окисление углерода и фосфора. Шлак в конце периода расплавления содержит: 35—45% СаО; 15—25% SiO2 ; 8 -15% MgO; 7—10% MnO; 10—15% FeO; 0,5—1,0% Р2 O5 . После расплавления всей шихты отбирают первую пробу металла для определения в нем содержания углерода, марганца, фосфора ипо необходимости — хрома, никеля, меди, молибдена и вольфрама. После отбора пробы металла, не выключая тока, наклоняют печь в сторону загрузочного окна и удаляют (скачивают) из печи большую часть шлака (70—80%). Со скачиваемым шлаком удаляется основная часть фосфора, содержащегося в шихте и окислившегося в период плавления. С этого момента приступают к проведению окислительного периода плавки.
Окислительный период. Его задачами являются: 1) максимальное снижение содержания фосфора; 2) возможно большее удаление газов (водорода и азота) и оксидных неметаллических включений; 3) повышение температуры металла до требуемого уровня и выравнивание ее по всему объему металлической ванны. В этот же период происходит дальнейшее окисление углерода, марганца, хрома и других легирующих элементов, обладающих высоким сродством к кислороду.
После скачивания первичного шлака в печь присаживают известь и в случае необходимости, для поддержания необходимой жидкоподвижности шлака — плавиковый шпат или шамотный бой. Общее количество вводимых в печь шлакообразующих составляет 1,5—2,0% от массы садки. После образования жидкоподвижного шлака и нагрева металла до требуемой температуры в ванну периодически, небольшими порциями, вводят руду и известь. Это вызывает повышение содержания окислов железа и окиси кальция в шлаке, а следовательно, создает благоприятные условия для дальнейшего перехода фосфора из металла в шлак и протекания других окислительных реакций.
Удаление фосфора в этот период происходит по реакции 2 [Р] + 5 (FeO) + 4 (СаО) = (4СаО-Р2 О5 ) + 5 [Fe], или в ионной форме [Р] + 5/2Fe2+ + 4О2- = РО4 - + 5/2 [Fe]. Эта реакция протекает преимущественно на границе раздела шлак—металл. В соответствии с показателем распределения фосфора между металлом и шлаком.
полнота дефосфорации металла обеспечивается высокой основностью, повышенным содержанием окислов железа в шлаке и непрерывным обновлением шлака, которое необходимо для поддержания в шлаке невысоких концентраций Р2 О5 . Обновление (скачивание) шлака происходит вскоре после присадки железной руды. Добавка руды приводит к интенсивному кипению ванны, которое вызывает вспенивание шлака, повышение его уровня. Вследствие этого шлак самотеком стекает из несколько наклоненной печи через порог завалочного окна в шлаковню.
Образующийся в этот период плавки шлак имеет примерно следующий состав: 40—50% СаО; 10—20% SiO2 ; 15—20% FeO; 6—10% MgO; 5—12% MnO; 2—3% Al2 O3 , основность шлака 2,6— 3,0. Указанный шлаковый режим обеспечивает до 0,010—0,020% содержания фосфора к концу окислительного периода в зависимости от марки выплавляемой стали. Одновременно с удалением фосфора происходит дальнейшее окисление углерода по суммарной реакции
[С] + (FeO) = {СО} + [Fe].
Этот процесс, сопровождающийся образованием окиси углерода, вызывает кипение ванны, что способствует перемешиванию металла и шлака, ускорению нагрева и выравниванию температуры по всему объему металла. Кроме того, выделение пузырьков окиси углерода благоприятствует удалению азота, водорода и оксидных включений из расплавленного металла.
Необходимая скорость окисления углерода в этот период поддерживается периодическими добавками руды и высоким температурным режимом. В начальной стадии окислительного периода скорость выгорания углерода составляет 0,4—0,6% /ч, в конечной стадии снижается до 0,2—0,3 %/ч. В течение окислительного периода должно выгорать 0,3—0,5% С. В этот же период происходит некоторое окисление марганца, основное количество которого выгорает в период плавления.
Реакция окисления марганца [Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe], или в ионной форме [Мп] + (О2- ) + (Fe2 +) = (Мп2 +) + + (О2- ) + [Fe], по мере повышения температуры постепенно приближается к состоянию равновесия и нередко происходит изменение ее направления в сторону восстановления марганца из шлака. Концентрация марганца в конце периода обычно бывает на уровне 0,15—0,20%.
К концу периода металл должен быть нагрет до температуры, на 120—130 град превышающей температуру плавления (до 1590— 1600° С при выплавке высокоуглеродистых сталей и до 1630— 1640° С — конструкционных сталей). Необходимые температурные условия обеспечиваются рациональным электрическим режимом (см. рис. 115), который поддерживается несколько меньшим, чем в период расплавления, и составляет 50—70% от максимальной мощности.
В ходе окисления несколько раз производят отбор проб металла и экспресс-анализ их на содержание углерода и фосфора. Окислительный период заканчивается по достижении концентрации углерода примерно на 0,1 % меньше нижнего предела заданного содержания в готовом металле при выплавке высоко- и среднеуглеродистых сталей и на 0,02—0,07% меньше — при выплавке низкоуглеродистых сталей (не ниже 0,08—0,09% С во избежание сильного переокисления металла). Содержание фосфора должно быть м?