Выбор плавильного оборудования

При выборе плавильных процессов и агрегатов важнейшим показателем является возможность использования экономичных шихтовых материалов. Современное сталелитейное производство должно ориентироваться на использование преимущественно дешевых материалов - легковесного стального лома в виде пакетированной листовой обрези и высечки, брикетированной стружки, металлизованных окатышей и передельного доменного чугуна.

Не менее важным аспектом проектирования плавильного отделения является правильный выбор плавильного агрегата [3].

Не останавливаясь на анализе явно устаревшего оборудования, в котором плавление металла ведется посредством сжигания органического топлива, проанализируем целесообразность применения электрических плавильных печей. Основными типами электропечей являются индукционные тигельные, а также дуговые печи переменного тока, которыми оснащено большинство сталелитейных цехов.

В индукционных тигельных печах нагрев садки осуществляется токами, индуцируемыми непосредственно в шихте, что исключает загрязнение расплава продуктами горения топлива или насыщение газами. Плавка в печах типа ИСТ позволяет получать металл практически любого химического состава при температуре до 1600°С, однако сложность конструкции и относительная дороговизна ограничивают применение индукционных печей для плавки стали преимущественно цехами небольших размеров.

Для цехов мощностью более 5000 т/год наиболее традиционным плавильным агрегатом является дуговая электропечь.

Преобразование электрической энергии в тепловую в дуговых печах происходит в электрической дуге, являющейся одной из форм дугового разряда в газах. При таком разряде в сравнительно небольшом объеме дуги можно сконцентрировать огромные мощности и получить очень высокие температуры. Высокая концентрация тепла в дуге позволяет с большой скоростью плавить и нагревать металл в дуговых печах до высокой температуры – до 2000°С.

Нагрев металла дугой можно осуществлять непосредственно (если дуга горит между электродом и расплавленным металлом) или излучением, когда дуга горит между двумя электродами. Печи первого типа - это дуговые печи прямого действия, второго типа — косвенного действия. В них очаг высокой температуры удален от поверхности металла на некоторое расстояние и на поверхность металла первоначально попадает лишь часть тепла, излучаемого дугой. Значительная его часть достигает поверхности металла после отражения от стен и свода, поэтому футеровка печи испытывает большие тепловые нагрузки. Низкая стойкость футеровки ограничивает возможность проведения в таких дуговых печах процессов, требующих нагрева металла свыше 1300—1400° С, и не позволяет применять их для плавления тугоплавких металлов. В литейном производстве такие дуговые печи иногда используют в небольших литейных цехах для плавки бронз.

Значительно лучше условия передачи тепла от дуги металлу в дуговых печах прямого действия. В этом случае очаг высоких температур максимально приближен к поверхности металла. Часть тепла из зоны высоких температур поглощается металлом непосредственно и отводится теплопроводностью. Значительно большая часть и лучистой энергии сразу попадает на поверхность металла, а свод печи защищен от воздействия дуг благодаря экранирующему действию электродов. Все это позволяет концентрировать в дуге большие мощности и успешно проводить процессы, требующие нагрева до высоких температур. Вертикально расположенные электроды в дуговых печах прямого действи я работают в основном на растяжение. Это позволяет использовать длинные графитовые электроды большого сечения, допускающие работу на токе большой силы. Таким образом, эти печи могут быть мощными, большой емкости и производительности. В зоне действия дуг происходит интенсивное испарение металла, и поэтому дуговые печи прямого действия не получили широкого применения для плавления дорогих металлов, характеризуемых низкой температурой испарения. Но сравнительно высокие температуры испарения и относительно невысокая стоимость черных металлов делают этот недостаток печей прямого действия в случае производства стали не столь существенным, если учесть их достоинства — большую производительность и возможность проведения высокотемпературных процессов. В связи с этим такие дуговые печи широко распространены в сталелитейном производстве. Наиболее распространены дуговые трехфазные сталеплавильные печи с дугой, горящей в воздушной атмосфере. По общему объему производства металла они занимают первое место среди электросталеплавильных агрегатов [3].

Учитывая вышесказанное, в качестве плавильного агрегата выбираем дуговую печь типа ДСП-6 (рисунок 1), в силу того, что данный плавильный агрегат обеспечивает получение стали любого химического состава и его перегрев до любых заданных температур. Футеровку печи применяем кислую. Для изготовления кислой футеровки используют кварцит и изделия из него (динас) с содержанием основного компонента (SiO₂) в количестве 95—97%. При изготовлении динасового кирпича в качестве связующего материала применяют известковый раствор (2,0— 2,2%) и раствор сульфитного щелока или патоки.

Рисунок 1 - Дуговая электросталеплавильная печь ДСП-6.

Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Для загрузки печей применяют два варианта – выкатной под или отворачивающийся свод. Последняя конструкция более современная и применяется всё чаще.

Плавильный агрегат ДСП –6 имеет следующие характеристики