Procesul de producere a oțelului în cuptoare electrice

Rezumat despre subiect:

„Procesul de fabricare a oțelului în cuptorul electric și curba de răcire”

Cuptoare electrice. Aceste cuptoare au avantaje față de alte unități de topire. În cuptoarele electrice, puteți încălzi rapid, topi și controlați cu precizie temperatura metalului, creați o atmosferă oxidantă, reducătoare, neutră sau vid. În aceste cuptoare, oțelul și aliajele de orice compoziție pot fi topite, metalul poate fi mai complet dezoxidat cu formarea unei cantități minime de incluziuni nemetalice - produse de dezoxidare. Prin urmare, cuptoarele electrice sunt utilizate pentru topirea oțelurilor structurale critice, înalt aliate, pentru scule, rezistente la coroziune (inoxidabil) și a altor oțeluri și aliaje speciale.

Cuptoarele electrice de topire sunt cu arc și inducție.

Cuptor cu arc electric. În aceste cuptoare, un arc electric care apare între electrozi și sarcina metalică este folosit ca sursă de căldură. Cuptorul electric cu arc (Fig. 1) este alimentat de curent alternativ trifazat și are trei electrozi cilindrici 9 din masă de grafit. Curentul electric de la transformator este furnizat prin cabluri flexibile 7 și bare de cupru către suporturile de electrozi 8, iar prin acestea către electrozii 9. Se produce un arc electric între electrozi și sarcina metalică 4, electricitatea este transformată în căldură, care este transferat pe metal și zgură prin radiație. Tensiune de lucru 180–600 V, curent 1–10 kA. În timpul funcționării cuptorului, lungimea arcului este reglată automat prin mișcarea verticală a electrozilor.

Cuptorul are o carcasă de oțel sudată 3. Carcasa cuptorului este căptușită din interior cu cărămizi termoizolante și refractare 1, carepot fi bazice (magnezit, magnezit-cromit) sau acide (dinas). Vatra 12 a cuptorului este umplută cu masă refractară. Spațiul de topire este limitat de pereții 5, o vatră 12 și o boltă, care este tot din cărămizi refractare și are deschideri pentru trecerea electrozilor. În pereții cuptorului există o fereastră de lucru 10 pentru controlul progresului de topire și un orificiu pentru introducerea oțelului finit prin jgheabul 2 în oală.

Orez. 1. Schema unui cuptor de topire cu arc electric

Cuptorul este încărcat cu arcul îndepărtat. Mecanismul 11 poate înclina cuptorul spre fereastra de încărcare și orificiul de robinet. Capacitatea cuptoarelor cu arc electric este de 0,5–400 de tone.În magazinele metalurgice se folosesc de obicei cuptoare cu arc electric cu căptușeală de bază, iar în turnătorii - cu una acidă.

Cuptor cu arc principal. În cuptorul principal cu arc sunt utilizate două tipuri de tehnologie de topire: pe o sarcină din deșeuri aliate (prin retopire) și pe o sarcină carbonoasă (cu oxidarea impurităților).

Topirea pe o încărcătură de carbon este folosită mai des pentru producerea oțelurilor carbonice structurale. Această topire se realizează în două perioade: oxidantă și reducătoare. După alimentarea cuptorului, îndepărtarea reziduurilor metalice și a zgurii din topirea anterioară, repararea zonelor de căptușeală deteriorate, încărcătura este încărcată în cuptor: resturi de oțel (până la 90%), fontă brută (până la 10%), resturi de electrozi sau cocs. pentru cementarea metalului și 2–3% var.

La sfârșitul umplerii amestecului, electrozii sunt coborâți și curentul este pornit; sarcina se topește sub electrozi, metalul se acumulează pe fundul cuptorului. În timpul topirii încărcăturii, începe perioada de oxidare a topirii: din cauza oxigenului aerului, oxizii încărcăturii și ai calcării, se oxidează siliciul, manganul, carbonul și fierul. Împreună cu oxidul de calciu conținut în var, oxizii acestor elemente formează principala zgură feroasă,ajutând la îndepărtarea fosforului din metal.

După încălzirea metalului și a zgurii la 1500–1540°C, minereul și varul sunt încărcate în cuptor. Oxigenul conținut în minereu oxidează intens carbonul și provoacă fierberea băii de metal lichid din cauza bulelor eliberate de monoxid de carbon. Zgura face spumă, nivelul ei crește; pentru a elibera zgura, cuptorul este înclinat spre fereastra de lucru și se varsă în vasul de zgură.

Producția de oțel în cuptoare electrice aparține domeniului tehnologiei la care se referă conceptul general de „electrometalurgie”. De fapt, electrometalurgia acoperă toate metodele industriale de producere a metalelor și aliajelor cu ajutorul curentului electric (în cuptoare electrice de topire a oțelului, în cuptoare termice de minereu, în unități de producție electrochimică etc.) Cel mai adesea, cuvântul „electrometalurgie” este înțeles ca un ramură a tehnologiei în care oțelurile și aliajele cu utilizarea energiei electrice ca sursă de căldură, iar conceptul de „cuptor electric” este asociat cu unitatea corespunzătoare pentru producția de oțel și aliaje. Clasificarea acceptată a cuptoarelor electrice de topire (sau pur și simplu a cuptoarelor electrice) se bazează pe caracteristica principală - metoda de transformare a energiei electrice în energie termică.

În conformitate cu aceasta, cuptoarele electrice pentru topirea metalelor pot fi împărțite în mai multe grupuri.

În conformitate cu legile cunoscute ale fizicii, atunci când curentul trece printr-un conductor, căldura este eliberată în el (a cărei cantitate depinde de puterea curentului și de rezistența electrică). Metalul în sine (încălzire directă) sau un alt material (încălzire indirectă) poate fi folosit ca element de rezistență.

Cuptoarele de oțel cu arc (EAF)

În aceste cuptoare, conversia energiei electrice în energie termică are loc într-un arc electric, iar căldura degajată în acest caz este transferată metalului fie prin radiație.(acțiune indirectă, arcul arde între electrozi), sau direct datorită conducției căldurii (încălzire directă, arcul arde între electrod și metal).

Cuptoarele cu inducție din oțel

O anumită cantitate de oțel este topită în cuptoarele cu inducție cu creuzet, în care metalul topit se află într-un creuzet ceramic plasat în interiorul unui inductor cilindric cu mai multe spire (Fig. 17.22). Gama de capacități ale cuptoarelor moderne de inducție cu creuzet este foarte mare - de la câteva kilograme (în principal pentru lucrări de cercetare în laboratoare) la zeci de tone.

Sub acțiunea unui câmp magnetic alternant creat de un inductor, în metalul încălzit este indusă o forță electromotoare. Datorită căldurii Joule eliberate în metal sub influența curentului, metalul se încălzește și se topește.

Forțele electromagnetice exercită efecte statice și dinamice asupra metalului lichid, în urma cărora partea superioară a metalului este stoarsă din pereții creuzetului, iar circulația electrodinamică are loc în întregul volum.

Meniscul convex face dificilă prelucrarea metalului cu zgură, deoarece zgura curge în jos spre pereții creuzetului; o viteză suficient de mare a mișcării turbulente a metalului crește uzura căptușelii. În principiu, dacă forțele electromagnetice sunt suficient de puternice pentru a echilibra efectul forțelor gravitaționale, este posibil să se efectueze topirea prin inducție în suspensie, fără creuzet (topire fără creuzet).

Orez. 2. Cuptor cu inducție cu creuzet:

1 - oțel lichid; 2 zgură; 3 - bobină inductor răcită cu apă; 4 - căptușeală refractară; 5 - ciorap de scurgere; 6 - caramida refractara; 7-izolație termică

Practic, în cuptoarele cu inducție convenționale, zgura este încălzită de metal lichid. Dacă zgura este rece și vâscoasă, atunci, în consecință, nucondiţii pentru îndepărtarea sulfului şi fosforului. Acest dezavantaj al unor astfel de cuptoare este într-o oarecare măsură eliminat prin utilizarea capacelor (Fig. 3), iar în unele instalații moderne - torțe cu plasmă.

Orez. 3. Cuptor cu inducție deschis creuzet industrial: 1 - mecanism de ridicare și deschidere a acoperișului; 2 – creuzet; 3 - inductor; 4 - circuite magnetice (ecrane ferromagnetice); 5-carcasa; 6 - dispozitiv de semnalizare; Mecanism cu 7 înclinări

Avantajele cuptoarelor cu inducție includ:

absența electrozilor și, în consecință, absența carburării metalului;
absența arcurilor și, în consecință, mai puțină saturație a metalului cu azot și hidrogen;
capacitatea de a topi metalul în orice atmosferă controlată și, în general, în vid (Fig. 4), și, în consecință, o mică risipă de materiale de aliere, absența gazelor etc.