Задача периода завалки шихты — быстро загрузить лом в печь, рационально разместив его в рабочем пространстве печи. Время загрузки лома в печь зависит от быстродействия механизмов открывания рабочего пространства печи, конструкции завалочного устройства (бадьи), работы механизмов завалочного мостового крана, качества лома и объема рабочего пространства печи, определяющих количество загружаемых бадей с шихтой. В большинстве электросталеплавильных цехов основным способом загрузки лома в печь является загрузка его сверху в открытое рабочее пространство печи специальными раскрывающимися загрузочными устройствами: бадьями с жестким днищем (обычно грейферного типа) или корзинами с днищем из гибких металлических секторов. Меньшее время загрузки лома обеспечивает бадья с жестким днищем, так как ее для выгрузки лома, в отличие от корзины с гибким днищем, не требуется опускать в рабочее пространство печи. Прочие способы загрузки лома (мульдозавалочными кранами и др.) являются вспомогательными и применяются обычно в старых цехах.
Рациональное размещение шихты в рабочем пространстве печи означает такое размещение лома, при котором лом плавится быстро с наименьшими затратами энергии, исключается возможность серьезных повреждений футеровки ванны и сводится к минимуму вероятность поломки электродов. Чисто общие рекомендации по рациональному размещению шихты в печи, если лом неоднороден по размерам и массе кусков, сводятся к следующему: тяжелые (но желательно массой не более 0,02 от вместимости печи) и тугоплавкие куски лома должны загружаться в среднюю часть рабочего пространства печи под электроды, в высокотемпературную зону действия электрических дуг так, чтобы исключить возможность обвалов шихты; на подину и откосы следует загружать мелкую (до 10… 15 кг) и среднюю (до 100 кг кусок) шихту, сверху тяжелый крупный лом должен быть прикрыт средней и мелкой шихтой. Не следует загружать тяжелый лом к стенам. Персонал печи должен четко представлять, какой лом загружен в печь и как лом разместился в рабочем пространстве печи. Число загружаемых в печь корзин (бадей) с шихтой определяется качеством шихты и степенью подготовки лома к плавке. При использовании неподготовленного легковесного лома количество загружаемых бадей может может быть три и более, при тяжелом хорошо подготовленном ломе (ножничная резка, фрагментирование) обычно бывает две бадьи. Однородная, хорошо подготовленная шихта, как правило, снимает все проблемы, связанные с необходимостью рационального размещения лома в печи.
Следует особо подчеркнуть, что любые простои печи во время завалки, особенно простои с открытым рабочим пространством, приводят к заметному ухудшению показателей работы агрегата (увеличение расхода энергии, электродов, длительности плавки). Поэтому планировка цеха, конструкция печи и загрузочных устройств, организация работы цеха должны исключить возможность таких простоев.
В случае применения кокса для повышения содержания углерода в расплаве кокс обычно загружают в первую бадью после легковесного лома, примерно в середину по высоте бадьи. Сверху кокс накрывают остальной частью металлической шихты. При такой загрузке находящийся над коксом лом защищает его от окисления печной атмосферой или всплывания при образовании слоя жидкого металла на подине; усвоение углерода расплавом происходит достаточно стабильно. Не рекомендуется загружать кокс на подину печи: если кокс имеет повышенную влажность, в процессе плавления возможны выбросы металла из печи.
Более стабильное усвоение углерода обеспечивается при использовании чугуна для науглероживания расплава. Количество используемого чугуна и способы его загрузки в печь разнообразны. Чугун, добавляемый в шихту, снижает содержание меди и никеля в ней, но несколько увеличивает содержание фосфора. Использование чугуна в больших количествах (20 % и более от массы завалки) заметно увеличивает приход тепла в рабочее пространство печи вследствие окисления избыточного углерода газообразным кислородом. В общем случае количество добавляемого в шихту чугуна определяется соотношением стоимости лома и чугуна.
В связи с необходимостью обеспечения раннего шлакообразования и целесообразностью дефосфорации металла в период плавления важное значение имеет выбор времени и способа загрузки извести в печь. В старых цехах известь загружали в процессе завалки на подину и во время подвалки шихты примерно равными порциями загрузочной бадьей или мульдозавалочной машиной. В малые печи известь загружали вручную.
Применяемые в современном электросталеплавильном цехе способы подачи шихты в печь должны обеспечивать минимальное время отключения печи в процессе плавки, поэтому электропечь и загрузочные бадьи грейферного типа конструируют таким образом, чтобы необходимый стальной лом загрузить не более чем в два приема. Это достигается прежде всего предварительной подготовкой лома, увеличением объема рабочего пространства печи при замене кирпичной футеровки стен водоохлаждаемыми панелями и увеличением объема завалочных бадей. Уже в 1980-е годы для 100-тонных дуговых печей использовали бадьи объемом до 75 м3. Сегодня на этих печах применяют завалочные бадьи объемом 100… 120 м3. Следует помнить, что при увеличении числа подвалок шихты на плавку не только возрастают внутриплавочные простои, но и увеличивается время расплавления шихты из-за снижения средней мощности дуг, так как в начале плавления при нестабильном горении дуг уменьшается использование мощности трансформатора, а каждая подвалка шихты в какой-то мере возобновляет начальные условия плавления. Длительность завалки лома значительно сокращается в случае применения быстродействующих механизмов открывания и закрывания рабочего пространства печи, быстродействующих завалочных кранов, бадей грейферного типа и рациональной организации производства.
Подачу в сверхмощную печь прочих шихтовых материалов (шлакообразующих компонентов, кокса, твердых окислителей и др.) обычно организуют так, чтобы ее можно было производить, не выключая печи. В современных цехах такие материалы загружают в печь через специальное отверстие в своде. Необходимые шихтовые материалы хранятся в бункерах, установленных в верхней части специального бункерного пролета, примыкающего к печному пролету. Система подачи шихтовых материалов из бункеров в печь снабжена дозирующими устройствами, позволяет полностью механизировать подачу добавочных шихтовых материалов и может работать в автоматическом режиме. Шихтовые материалы из бункеров подают также в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе во время выпуска плавки из печи. Часть извести загружается на подину до завалки первой порции лома, а другая часть извести может быть загружена в печь небольшими порциями или непрерывно во время плавления. Такая схема подачи извести позволяет быстрее получать активные шлаки, ускорить дефосфорацию металла и надежнее защищать футеровку стен от мощного излучения дуг в конце плавления. Особенно важно это для работы современных сверхмощных дуговых печей, где необходимость получения пенистого шлака, а также значительное сокращение длительности периода плавления и следующего за ним окислительного периода требуют обязательного принятия мер для ускорения формирования в печи необходимого количества шлака с достаточно высокой дефосфорирующей способностью и проведения быстрой и эффективной дефосфорации металла.
Загрузочная бадья (корзина)
Загрузка шихтовых материалов в электропечь сверху осуществляется при помощи загрузочной бадьи (корзины). Широкое распространение нашли бадьи (корзины) с гибкими секторными днищами (рис. 70). Бадья, загруженная шихтой, транспортируется с поддоном с закрепленными к ней тремя откидными замками. Перед заполнением бадьи шихтой концы секторов «собирают», для чего в последние кольца секторов пропускают цепь, которую замыкают штырем. Кольцо замковой цепи навешивают на корпус бадьи, затем бадью скрепляют с поддоном тремя откидными замками. После заполнения бадьи шихтой ее транспортируют на тележке в печной пролет, затем краном к электропечи. Около печи бадью устанавливают на рабочую площадку, отсоединяют поддон и бадью опускают в печь, предварительно навесив замковую цепь на вспомогательный крюк крана. Днище бадьи раскрывается после выдергивания штыря из замка.
Объем загрузочной бадьи для 100- и 200-т печей составляет соответственно 50 и 160 м3. В последние годы начинает применяться загрузочная бадья грейферного типа, дно которой выполнено аналогично ковшу грейферного крана. В этом случае отпадает необходимость в поддоне, что увеличивает полезную массу груза в бадье, и упрощается подготовка бадьи к загрузке; при этом постепенное раскрытие бадьи в печи предохраняет огнеупорную кладку от разрушения шихтой.
