Выплавка стали в высокомощных водоохлаждаемых печах

Охлаждение стен и свода высокомощных электропечей вызывает дополнительные потери тепла с охлаждающей водой, и эти потери примерно пропорциональны длительности плавки. Поэтому выплавка стали в таких печах оказывается экономически оправданной при работе с минимальной длительностью выдержки жидкого металла в печи после его расплавления. Соответственно технология плавки в высокомощных водоохлаждаемых печах предусматривает вынесение операций рафинирования, раскисления и доведения состава металла до заданного из печи в ковш и включает загрузку и расплавление шихты и короткий окислительный период (окисление углерода, дефосфорация и нагрев металла). После чего металл (полупродукт) выпускают в ковш и подвергают внепечной обработке.

Другими особенностями этой технологии являются:

- работа "на болоте", т.е. с загрузкой шихты на оставляемые в печи при выпуске предыдущей плавки шлак и часть (10—15 %) металла. При этом сокращается длительность расплавления шихты;

-ускоряется шлакообразование, способствуя более полному удалению в шлак фосфора, а также серы, и уменьшается износ футеровки пода. Полное опорожнение печи от жидких продуктов плавки при этом проводят через 6—10 и более плавок;

- загрузка в печь сыпучих материалов (извести, плавикового шпата, кокса и др.) без отключения печи через специально предназначенное для этого отверстие в своде печи;

- работа во второй половине периода плавления и в окислительном периоде со вспененным (пенистым) шлаком, который покрывает электрические дуги и экранирует их, уменьшая облучение стен печи. Такой режим применяют поскольку при облучении открытыми дугами оплавляется футеровка нижней части стен, возрастают потери тепла с водой, охлаждающей стеновые панели, и снижается стойкость стеновых панелей. Кроме того, работа с погруженными в шлак дугами улучшает усвоение энергии дуг ванной, ускоряя ее нагрев, а также позволяет повысить коэффициент мощности печной установки;

- выпуск металла из печи без шлака, что обеспечивается эркерным или сифонным выпускным устройством. Попадание в ковш печного окислительного шлака недопустимо, так как из него в процессе внепечной обработки в металл будут переходить фосфор и кислород;

- нагрев лома в период плавления топливокислородными горелками, вводимыми в печь через стены (иногда через свод или рабочее окно), что сокращает длительность плавления и расход электроэнергии. Длительность нагрева не превышает 15—20 мин, достигаемая экономия электроэнергии составляет 15-40 кВт • ч/т.

Ход плавки. Полную заправку пода проводят через 6—10 и более плавок, когда печь полностью опорожняют от металла и шлака. В промежуточные 6—10 плавок при необходимости делают частичную заправку "шлакового пояса", забрасывая магнезитовый порошок на разъеденные шлаком участки откосов печи.

Завалку шихты ведут двумя корзинами. С первой корзиной загружают около 60 % шихты, со второй (при подвалке) — около 40 %. Первую корзину загружают на оставленные при выпуске предыдущей плавки металл и шлак, вторую — после того, как частично расплавится и осядет уже загруженный лом. Основу шихты составляет быстроплавящийся легковесный лом, так как при заметном увеличении доли тяжеловесного (крупные куски) лома длительность плавления возрастает. Тяжеловесный лом загружают в нижнюю часть первой корзины, чтобы он располагался под электродами в зоне действия электрических дуг. Для внесения в шихту углерода используют кокс или чугун. Чугун загружают в печь с шихтой второй корзины; кокс дают в первую корзину в середину порции стального лома так, чтобы находящийся над ним лом защищал кокс от окисления. Чтобы совместить плавление шихты с дефосфорацией за счет ускорения формирования высокоосновного шлака, в период загрузки в печь вводят известь (до 1/3 ее общего расхода, достигающего 7-12 кг/т). Известь дают перед загрузкой первой или второй корзины шихты.

Плавление ведут, используя максимальную мощность печного трансформатора на высших ступенях его вторичного напряжения. В начале периода работают на длинных дугах, у которых велика излучательная поверхность; в это время вокруг электродов формируется общая плавильная зона и излучение дуг поглощается окружающим их ломом. После расплавления части лома и его оседания в связи с нежелательностью сильного облучения стен печи переходят на работу с более короткими дугами, погруженными в специально вспениваемый шлак. Пенистый шлак, экранирующий дуги, поддерживают путем загрузки на него через отверстие в своде печи измельченного (размер частиц 2—10 мм) кокса, который реагирует с оксидами железа шлака, и образующиеся при этом пузыри СО вспенивают шлак. Кокс подают непрерывно или порциями через 3—5 мин, вместе с коксом обычно вводят известь.

Для ускорения плавления применяют продувку кислородом и топливо-кислородные горелки. Кислород подают с помощью вводимой через рабочее окно стальной трубки на небольшую глубину в жидкий металл или на границу металл—шлак, начиная вдувание через 5—10 мин после включения печи. Газообразный кислород окисляет железо и другие элементы с выделением тепла, которое ускоряет нагрев жидкого металла и плавления лома. Топливо-кислородные горелки включают в начале плавления примерно на 10 мин после загрузки первой и второй корзин, обогревая лом у стен печи между электродами.

Плавление длится около 1 ч; за время плавления угар металла в результате испарения в зоне горения электрических дуг и окисления составляет 6—10 %.

Окислительный период длится, как правило, не более 20—25 мин. За этот период, как показал опыт, в высокомощных печах достаточно окислить 0,1—0,2 % углерода. На некоторых заводах окислительный период начинают со слива через рабочее окно печи части шлака, на других этого не делают. В обоих случаях ведут обезуглероживание, продолжая, как и в период плавления, вдувание кислорода с помощью вводимых через рабочее окно трубок (иногда через сводовые фурмы). Общий расход кислорода за время плавления и окислительного периода составляет 10—25 м³/т. В течение всего периода работают со вспененным шлаком, для чего через отверстие в своде печи непрерывно или порциями загружают измельченный кокс с известью; общий расход кокса за плавление и окисление достигает 5—6 кг/т.

После достижения заданного содержания углерода металл выпускают в ковш, оставляя в печи шлак и 10—15 % жидкого металла. В ковш для создания изолирующего шлакового покрова вводят известь, плавиковый шпат и измельченный кокс. Зачастую в ковш вводят ферросплавы, основу которых составляют слабоокисляющиеся, т.е. с малым химическим сродством к кислороду, элементы (марганец, хром). Далее ковш транспортируют на установку внепечной обработки, где проводят рафинирование от тех или иных примесей (в зависимости от требований к качеству стали), раскисление и доведение состава и температуры до заданных. Современные электросталеплавильные цехи оборудуют установками типа "ковш — печь", обеспечивающими весь необходимый комплекс внепечной обработки и одновременный нагрев металла.