Способы интенсификации плавки в дуговой сталеплавильной печи

С момента появления дуговых сталеплавильных печей металлурги стремились интенсифицировать процесс производства электростали. Первоначально интенсификация электроплавки осуществлялась лишь за счет постепенного (в силу ограниченных возможностей техники) увеличения мощности печных трансформаторов для уменьшения времени расплавления шихты и за счет совершенствования конструкции дуговой печи, а также механизмов, обеспечивающих работу печи, с целью сокращения длительности «бестоковых» периодов плавки (переход на загрузку шихты бадьями и т.д.). Появление в середине XX века газообразного кислорода на металлургических предприятиях позволило интенсифицировать процесс окисления углерода и сократить длительность окислительного периода плавки. Предпринимались также попытки сократить время расплавления шихты, используя газообразный кислород для подрезки медленно плавящихся кусков шихты. Результаты научно-производственных исследований позволили существенно интенсифицировать электроплавку стали за счет совершенствования и рационализации технологии рафинирования металла от кислорода, серы и других примесей (широкое применение осаждающего раскисления, сокращение восстановительного периода, переход на внепечное рафинирование металла).

Прогресс в развитии электротехники, машиностроения, производ­ства электродов и огнеупоров скачкообразно интенсифицировал элек­троплавку стали благодаря широкому применению сверхмощных ду­говых печей и разработанной для таких печей современной технологии электроплавки, начиная с последней четверти XX века. Удельная мощ­ность печных установок продолжает расти, совершенствуются конст­рукции дуговых печей, электрические режимы плавки, улучшается ка­чество применяемых огнеупоров и электродов, сокращается длительность плавки, но вопрос дальнейшей интенсификации электро­плавки стали по-прежнему остается актуальным и не снимается с по­вестки дня. Причины этого:

1. в стремлении максимально увеличить производительность печи и производство стали при сравнительно небольших дополнительных капитальных затратах;
2. в необходимости уменьшить тепловые нагрузки облучением мощных электрических дуг на футеровку печи за счет использования «альтернативных» источников энергии;
3. в стремлении уменьшить расход электроэнергии на плавку за счет «альтернативной» энергии и сокращения тепловых потерь печи при уменьшении длительности плавки;
4. в потребности уменьшить расход дорогих высококачественных графитированных электродов вследствие снижения расхода электро­энергии.

В современном электросталеплавильном производстве широко ис­пользуют различные способы интенсификации процесса плавки, обычно применяя их комплексно. Вот основные способы интенсификации плавки в современной дуговой печи:

1. использование топливокислородных горелок для подогрева лома в печи и ускорения его расплавления;
2. окисление углерода, дополнительно вводимого в печь, газообразным кислородом с целью увеличения прихода тепла, получаемого от экзотермических реакций окисления компонентов шихты;
3. окисление части железа шихты газообразным кислородом с це­лью увеличения прихода тепла от экзотермических реакций окисления компонентов шихты и ускорения формирования окислительного ос­новного шлака;
4. использование специальных фурм для дожигания СО в рабочем пространстве печи до СО2 с целью увеличения прихода тепла от окисления углерода;
5. применение газообразного кислорода для ускоренного окисле­ния избыточного количества углерода металла в окислительный период плавки;
6. применение донной или глубинной продувки расплава кислоро­дом или чаще инертным газом для ускорения плавления и нагрева, а также уменьшения угара металла за счет лучшего перемешивания расплава;
7. использование в шихте жидкого чугуна с целью ускорения рас­плавления лома за счет физического тепла чугуна и дополнительного прихода тепла от экзотермических реакций окисления примесей;
8. использование физического тепла отходящих печных газов для подогрева лома;
9. применение ряда чисто технологических мероприятий для ускорения расплавления шихты и нагрева металла: работа на «болоте», ис­пользование вспененного шлака и т.д.;
10. использование специально подготовленной шихты (измельченного лома).

Целесообразность применения конкретных способов интенсифика­ции плавки в дуговой сталеплавильной печи должна определяться для конкретных условий конкретного предприятия с учетом конкретно по­лучаемых экономических (дополнительные вложения капитала, цена шихтовых материалов, электроэнергии, газа и т.д.), эксплуатационных (стойкость футеровки, расход электродов, выход годного металла и т.д.), технологических (качество металла, удобства применения) и энергетических параметров применяемого процесса.

Следует учитывать тот факт, что в большинстве случаев различные способы интенсификации плавки увеличивают количество образую­щихся печных газов с возрастанием количества пыли, выносимой газами из печи. Это требует больших затрат на улавливание и очистку печных газов.

Способы подготовки металлического лома к плавке и специальные технологические мероприятия, помогающие ускорить расплавление шихты и нагрев жидкого металла, достаточно подробно описаны в со­ответствующих главах настоящей монографии. Остальные перечис­ленные выше способы интенсификации процесса электроплавки стали могут быть обобщенно представлены в следующем виде:

1. использование газообразного кислорода для окисления компо­нентов шихты или специально вводимого в рабочее пространство печи топлива (кокс, уголь, природный газ и т.д.) для получения дополни­тельной энергии с целью ускорения нагрева и плавления металла, а также сокращения окислительного периода плавки;
2. использование нагретой шихты (лом, подогреваемый отходящи­ми печными газами, или жидкий чугун) для ускорения плавления шихты за счет вносимого в рабочее пространство физического тепла шихты;
3. интенсификация процессов, протекающих в рабочем простран­стве печи, путем донной или глубинной продувки металлического рас­плава инертными газами или кислородом.