Основные требования к сверхмощным дуговым печам (СДП)

Удельная мощность должна обеспечить расплавление менее, чем 1ч (600−800 кВА/т).

Организация работы в цехе должна гарантировать длительность вспомогательных операций не более 30 мин на плавку.

Технология плавки должна обеспечить продолжительность восстанови-тельного периода до 30 мин [4,2], смотри таблицу 12.1. Из табл. 12.1 видны преимущества сверхмощных печей: увеличение производительности, снижение расхода электроэнергии. При выборе максимального уровня мощности печей наиболее важным параметром является диаметр распада электродов и геометрия ванны (табл. 12.2).

При увеличении размеров печи проявляются определенные технологические преимущества ДСП.

Обоснованным критерием использования сверхмощных дуговых печей (СДП) является отношение

³ 65 – 79, т.е. минимальные простои.

Отношение ³ 0,8 , что характеризует коэффициент

электрической мощности (cos j) установки.

Каждый цех с большими ДСП имеет свой собственный опыт работы, определяемый характером скрапа и лома, способом перемещения материалов, типом разливки стали и другими особенностями, что видно из табл. 12.3.

С середины 80-х годов в мировой электрометаллургии появилась тенденция перевода ДСП с питания переменным током на постоянный, что имеет ряд преимуществ. Первая ДСП ПТ-75 т была пущена в Англии, затем в Японии ДСП ПТ-130 т. В России в начале 90-х годов стала работать ДСП ПТ-30 т на «Ижстали».

Значительно повышаются технико-экономические, качественные показатели работы ДСП, а также экология сталеплавильного производства и окружающей среды [1]. Указанные преимущества этих печей видны из показателей работы ДСП ПТ-75 (Англия, 1987 г.):

1. Суточная производительность 983 т или 13 плавок в сутки продолжи-тельностью 1,8 часа.

2. W_уд = 534 кВт×ч/т.

3. Расход кислорода равен 16 м³/т.

4. Расход электродов равен 2,65 кг/т жидкой стали.

К этой подгруппе можно отнести печи плазменно-дугового нагрева (ПДП). Имеются два типа этих печей: плавка в керамическом тигле (рис. 12.3,а) и ПДП – в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе (косвенного нагрева) (рис.12.3,б). Печи 1-го типа пущены в работу путем переоборудования ДСВ-5-10 (на ЧМК г.Челябинск, ЭСПЦ-3) и перевода их на постоянный ток. В чем особенности конструкции и работы этих печей. Три графитированных электро-да заменены на один центральный, который назвали плазмотроном. Он водоохлаждаемый, является катодом (-).

По одной из труб подается плазмообразующий газ Аr или N₂, если выплавляются азотированные марки стали, например, Р6АM5 под давлением порядка 4 атм. Следовательно, дуга стабилизируется, сжимается, вследствие чего повышается плотность тока и температура столба дуги до 10000^оС. В РП ПДП создается нейтральная атмосфера и положительное давление больше 760 мм рт.ст. (рис. 12.4).

В такой печи имеется возможность использовать обычные легированные отходы, стружку, легировать металл азотом вместо дорогих азотированных ферросплавов. Так как рабочее пространство (РП) герметизировано и в нем постоянный ток, то резко снижается шум и пылегазовыделение.

Средства рафинирования:

1) нейтральная атмосфера, повышенное давление (снижается содержание [H], [N], [O]);

2) высокая температура (удаление цветных примесей);

3) высокоосновные безжелезистые шлаки (снижение [S], [HB]).

Кроме этого, в этих печах можно проводить окислительное рафинирование. Сортамент: высоколегированные стали и сплавы, в том числе с повышенным марганцем. По качеству металл получается между вакуумированным и обычным открытой плавки ДСП.

Находят применение ПДП косвенного нагрева в кристаллизатор по типу ВДП и ЭШП. Источником тепла является тепловая энергия плазменной дуги (6000^оС), которая вырабатывается в специальных устройствах: плазмотронах (плазменных нагревателях Аr (N₂)) (см. рис. 12.2). В этих печах переплавляются металлические электроды (литые, кованые, катаные) изготовленные из стали и сплавов, качество которых надо повысить.

Средства рафинирования: низкий вакуум, нейтральная атмосфера, высокая температура, направленная кристаллизация (структура слитка столбчатая в условиях, когда Vнаплавления @ Vкристаллизации, что обеспечивается поддержанием в течение перегрева Jраб. постоянным). Но, вследствие высокой стоимости продукции (низкая производительность, дорогостоящее и сложное оборудование, постоянный ток, вакуумная система и т.д.) широкого применения ПДП этого типа не получили.

Вакуумные дуговые печи можно отнести к печам прямого нагрева. Они разделяются на два типа: с не расходуемыми и расходуемыми электродами. Первые печи гарнисажные, электрод вольфрамовый, предназначены для плавки тугоплавких цветных металлов Mo, W, Nb, Tа и др. Второй тип ВДП является главным и эффективным рафинирующим переплавом. В этом случае переплавляются металлические электроды из высоколегированных сталей и сплавов ответственного назначения (рис. 12.5).

Общая техническая характеристика:

1. Постоянный ток

Jраб_. – 5 кА, 10 кА, 100 кА.

Uд » 25−30 В.

3. Длина дуги равна 20−30 мм,

Wуд до 1500 кВт×ч/т.

4. Скорость переплава ~ 2-8 кг / мин.

Большая удельная реакционная поверхность: пленка, капля, лунка и высокая рафинирующая возможность.

Средства рафинирования:

1. Вакуум Р = 10^-2 -10^{-3 мм рт. ст.}

Снижается содержание [H] ~ на 60-80 %; [N] ~ на 30-50 %; [O] ~ на 80 %.

2. Высокая температура вместе с вакуумом способствует удалению цветных примесей (Cu, Pb, Sn, Sb и др.).

3. Направленная кристаллизация (см. ПДП) увеличивает плотность дендритной структуры и резко улучшает физико-механические свойства конструкционных материалов.

Процесс бесшлаковый, поэтому содержание серы практически не уменьшается, но меняется морфология сульфидов и их более равномерное распределение по объему слитка, что немаловажно для повышения качества металла. Развес наплавляемых слитков от нескольких сот килограммов до 100 тонн и более самого разнообразного сортамента: высокопрочные конструкционные, нержавеющие, жаропрочные, шарикоподшипниковые, инструментальные, прецизионные стали и сплавы и др.

Постоянно совершенствуется конструкция узлов и механизмов, а также технология переплава (использование Не, комплексных сплавов и т.д.) [2,3].