Оборудование ЭСПЦ

Общее описание дуговой электропечи

В обозначении дуговой сталеплавильной печи как правило присутствует её ёмкость в тоннах (например, ДСП-12). Диапазон печей варьируется от 1 до 400 тонн. Температура в ДСП может достигать 1800 °С.

Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) состоит из рабочего пространства (собственно печи) с электродами и токоподводами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов и отвод свода для загрузки шихты. Как правило, ДСП имеет индивидуальное электроснабжение через печной трансформатор, подключенный к высоковольтной линии. Мощность трансформатора на больших печах достигает 100 МВА, первичное напряжение 6-10 кВ, вторичное 50-300В. Вторичное напряжение регулируется при помощи переключателя ступеней напряжения (ПСН).

Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен снаружи заключена в металлический кожух. Съёмный свод может быть набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо, а может быть из водоохлаждаемых панелей, как и стенки. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь обычно питается трёхфазным током, но есть печи и на постоянном токе. Современная мощная дуговая печь используется преимущественно, как агрегат для расплавления шихты и получения жидкого полупродукта, который затем доводят до нужных состава и степени чистоты внепечной обработкой в ковше.

Процесс выплавки
Плавка в ДСП, после осмотра печи и ремонта пострадавших участков футеровки, начинается с завалки шихты. В современные печи шихту загружают сверху при помощи загрузочной бадьи (корзины). Для предохранения подины от ударов крупными кусками шихты на дно бадьи загружают мелкий лом. Для раннего шлакообразования в завалку вводят известь 2-3% от массы металлической шихты. После окончания завалки в печь опускают электроды, и включают высоковольтный выключатель, начинают период плавления. На данном этапе возможна поломка электродов (из-за плохой проводимости между электродом и шихтой). Регулирование отдаваемой мощности осуществляется изменением положения электродов (длины электрической дуги) либо напряжения на электродах. В современных системах АСУ ТП достаточно указать ток работы регулятора мощности либо период работы печи, АСУ поддерживает заданный ток горения дуги – отдаваемую мощность. После периода расплава в печи образуется слой металла и шлака.

Выпуск готовой стали и шлака осуществляется через сталевыпускное отверстие и жёлоб путём наклона рабочего пространства (или, если печь оборудована вместо жёлоба донным выпуском, то через него). Рабочее окно, закрываемое заслонкой, предназначено для контроля за ходом плавки (замер температуры металла и отбор пробы химического состава металла). Так же рабочее окно может использоваться для отдачи шлакообразующих и легирующих материалов (на малых печах).

МНЛЗ – машина непрерывного литья заготовок. В настоящее время около 60% отливаемых непрерывным литьем заготовок разливается на слябовых МНЛЗ. Основными производителями непрерывнолитых слябов в мире являются Япония, США, КНР, Германия, Корея и Россия. На их долю приходится более двух третей мирового объема производства слябов. Сейчас в мире насчитывается чуть более 500 слябовых МНЛЗ с общим числом ручьёв свыше 700 шт.

Различают 3 конструкции МНЛЗ:

• вертикальные
• с изгибом
• радиусные

По количеству ручьёв МНЛЗ разделяют на 1-6 ручьевые.

В зависимости от размера слитка МНЛЗ делятся на:

• слябовые
• блюмовые
• заготовочные

При непрерывном методе разливки жидкая сталь заливается в кристаллизатор, под влиянием водоохлаждаемых стенок которого начинается первичное охлаждение. Выходящая из кристаллизатора заготовка с жидкой сердцевиной интенсивно охлаждается (вторичное охлаждение). После затвердевания по всему сечению заготовка разрезается на мерные длины. Таким образом, непрерывная разливка позволяет получать непосредственно из жидкой стали полупродукт, готовый для прокатки на чистовых станках.

Оборудование и процесс
МНЛЗ состоит из сталеразливочного и промежуточного ковшей, водоохлаждаемого кристаллизатора, системы вторичного охлаждения, устройства для вытягивания, оборудования для резки и перемещения слитка.

После слива металла с ДСП или мартена, доведения химии и температуры на АКП, ковш поднимается литейным краном на поворотный стенд МНЛЗ. Поворотный стенд представляет собой вращающуюся конструкцию с двумя позициями для установки ковшей. После опустошения ковша в позиции разливки, стенд поворачивается на 180° и уже полный ковш находится в позиции разливки. После открытия шибера ковша, жидкий металл начинает поступать в промежуточный ковш. Промковш является своего рода буфером между Сталь ковшом и кристаллизатором. После открытия шибера промковша металл поступает в кристаллизатор. Кристаллизатор представляет собой водоохлаждаемую конструкцию, которая совершает вертикальные или околовертикальные колебания, для предотвращения застывания металла на стенках кристаллизатора. В зависимости от конструкции МНЛЗ размеры кристаллизатора могут варьироваться. В кристаллизаторе происходит застывание стенок сляба. Далее, под воздействием тянущих роликов сляб попадает в зону вторичного охлаждения (дуговой участок ручья), где на металл через форсунки разбрызгивается вода. После выхода металла на прямолинейный участок ручья, происходит отрезание слябов (газовая резка или ножницы).

Пуск литья, управление процессом и проблемы
Для пуска процесса непрерывного литья, перед открытием шибера на промковше, на радиусный участок ручья заводится “затравка”, таким образом в районе кристаллизатора образуется своего рода карман. После наполнения этой полости металлом начинается вытягивание “затравки”. На конце радиусного участка расположен механизм отделения затравки. После отделения она отводится рольгангом и цепными транспортёрами.

Преимущества МНЛЗ перед разливкой в изложницы
По сравнению с прежним методом разливки стали в изложницы при непрерывной разливке можно сократить не только время за счет исключения некоторых операций, но и капиталовложения (например, на сооружение обжимных станов). Непрерывная разливка обеспечивает значительную экономию металла вследствие уменьшения обрези и энергии, которая тратилась на подогрев слитка в нагревательных колодцах. Исключение нагревательных колодцев позволило в значительной степени избавиться от загрязнения атмосферы. По ряду других показателей: качеству металлопродукции, возможности механизации и автоматизации, улучшению условий труда непрерывная разливка также эффективнее традиционных способов. Но непрерывная разливка имеет и отрицательные стороны. Стали некоторых марок, например кипящие, нельзя разливать по этому методу, малые объемы разливки сталей различных марок повышают их себестоимость, неожиданные поломки оказывают большое влияние на снижение общей производительности.

Усовершенствования

В настоящее время все большее распространение получает метод электромагнитного торможения потока стали, попадающей в кристаллизатор. Это дает возможность существенно снизить скорость движения потоков, ограничить их проникновение вглубь жидкой фазы заготовки, а также обеспечить их рациональное движение. Вероятно, в ближайшее время этот метод получит развитие в совокупности с использованием погружных стаканов оптимальной геометрической формы, которая будет создаваться для каждого конкретного случая.

Обработка в ковше-печи
Широкое распространение для внепечной обработки стали получил разработанный в 1971 г. фирмой Daido Steel (Япония) процесс рафинирования в ковше-печи (процесс LF – Ladle Furnace). Ковш-печь футерован огнеупорной кладкой. В днище устанавливаются одна-три пористые пробки. Ковш накрывается крышкой с патрубками (сводом) для подачи присадок и контроля процесса и с тремя отверстиями для графитовых электродов. Мощность трансформаторов установок ковш-печь по сравнению с дуговыми печами невелика и составляет 100-160 кВА/т. Она ограничивается повышенным износом кладки ковша выше уровня металла ввиду малого (по сравнению с дуговой печью) диаметром ковша. Основные требования к АКП: контроль атмосферы над ванной, регулируемый нагрев металла без сильного износа футеровки и отрицательного влияния на состав металла (например, науглероживания), интенсивное перемешивание ванны без загрязнения металла атмосферой (вторичного окисления, азотирования).

После слива стали в ковш-печь и установки его под крышкой в ковше-печи наводят шлак на основе алюминатов кальция, обладающий высокой десульфурирующей способностью и защищающий металл от вторичного окисления.

Легирование можно производить в ковше-печи, используя дуговую печь лишь для расплавления лома. При выплавке высоколегированной хромом стали в дуговой печи лишь расплавляют лом и ферросплавы и раскисляют шлак ферросилицием. Затем шлак сливают в ковш-печь, где завершают восстановление и десульфурацию. При этом усвоение легирующих элементов повышается.