Дуговые ковшовые печи для качественной металлургии

Дуговые ковшовые печи для качественной металлургии с электроподогревом предназначены для работы в технологических линиях со сталеплавильными печами с целью увеличения их годовой производительности, повышения качества выплавляемой стали, экономии легирующих и шлакообразующих материалов. Марочный состав обрабатываемых сталей включает углеродистые, низколегированные и легированные стали.

Разработанные дуговые ковшовые печи выполнены по одно или двухпостовой схеме и представляют собой совокупность устройств для выполнения всех необходимых технологических операций. Приведенные данные иллюстрируют характеристики и основные гарантируемые показатели работы трех типов ковшовых печей, обеспечивающих выполнение следующих операций: нагрев электрическими дугами стали и шлака; обработку металла рафинировочным шлаком; присадку в металл легирующих и шлакообразующих материалов и раскислителей; перемешивание металла путем продувки его аргоном через пористую огнеупорную пробку в днище тигельковша; обработка металла порошкообразными реагентами, вводимыми в струе инертного газа через продувочную фурму; присадка алюминия в виде проволоки; вакуу мирование металла; измерение температуры, активности кислорода в стали, взятие проб для определения химического состава металла.

Ковшовые печи имеют одинаковые конструктивные исполнения, при этом работа на них осуществляется следующим образом. Тигель ковш с поста предварительного подогрева с температурой футеровки 1200 °С подается под дуговую печь. Металл из печи заливают в тигельковш с отсечкой печного шлака, после чего в него загружают шлакообразующие, устанавливают на сталевоз и подают на пост под рабочую площадку, снабженную всем электрическим и механическим оборудованием для обработки стали в соответствии с возможностями агрегата.

Продувку стали порошками осуществляют через фурменное устройство при помощи двух пневмокамерных насосов. Смену фурм проводят автоматически из кассеты, установленной на рабочей площадке. Для подачи алюминиевой проволоки служит трайбаппарат, установленный на рабочей площадке. Замер температур и отбор проб автоматизирован и осуществляется пробоотборником, установленным на рабочей площадке. Для подачи кусковых материалов служат автоматизированная бункерная и транспортная системы.

Для перемешивания металла в процессе обработки аргоном в дне ковша установлены две пористые пробки. Нагрев металла осуществляется электродугами, для чего агрегат укомплектован печным трехфазным трансформатором или источником питания постоянного тока.

Ковшевая печь по желанию заказчика может иметь стенд вакуумирования, совмещенный если это необходимо, с электронагревом. Печь снабжена водоохлаждаемыми крышками, обеспечивающими создание в тигельковше защитной атмосферы.

В комплект оборудования ковшовой печи может входить механизм для свинчивания графитированных электродов, стенд сушки и высокотемпературного нагрева ковшей, стенд скачивания шлака.

Управление печью осуществляется автоматизированной системой, имеющей двухуровневую структуру. Подсистемы нижнего уровня предназначены для сбора информации от контролируемых объектов, предварительной обработки этой информации по заданному алгоритму и выдачи ее на верхний уровень системы приема управляющей информации от верхнего уровня, выдачи управляющих команд механизмам и устройствам, а также рекомендаций оперативному технологическому персоналу по управлению объектом. Нижний уровень выполнен на микропроцессорных контроллерах.

Верхний уровень (миниЭВМ) предназначен для приема подготовленной на нижнем уровне информации, решения расчетных задач по моделям управления тепловым и электрическим режимами, выдачи управляющей информации в подсистемы нижнего уровня и связи со смежными подсистемами.

Технические средства автоматизированной системы управления размещаются в пультовом помещении, из которого осуществляется дистанционное управление ковшовой печью.

Разработана серия дуговых ковшовых печей, обладающих широкими возможностями по подогреву стали, ее рафинированию и легированию, кусковыми, порошкообразными, газообразными и выполненными в виде проволоки материалами, благодаря чему обеспечдвается необходимая подготовка стали к разливке и повышение качества металлопродукции.

В данном разделе рассмотрен способ компенсации тепловых потерь от жидкой стали при внепечной обработке с помощью электрической дуги.

Этот способ позволяет создавать установки, в которых могут быть реализованы комбинированные (комплексные) методы внепечной обработки: вакуумирование, обработка аргоном, синтетическим шлаком и др. На таких установках можно стабильно получить сталь с уникальными свойствами: с низким содержанием углерода, серы, фосфора, неметаллических включений, водорода, азота. Кроме того, такие установки своим существованием снижают тепловую нагрузку и повышают производительность сталеплавильных печей, повышают стойкость огнеупорной кладки сталеплавильных печей. В самих установках стабилизируется температура стали, повышается вероятность попадания в заданный химический состав и снижается расход дорогостоящих легирующих элементов.

Установка внепечной обработки с электродуговым подогревом: Здесь реализован LF-процесс, разработанный в Японии. От названия этого процесса появился целый класс установок, называемых «ковш-печь», реализующих разновидности LF-процесса. В литературе встречается и другое название этих установок: дуговые ковшовые печи. В дальнейшем изложении этого раздела будем придерживаться последнего названия. Центральная часть печей – собственно ковш – называется тигель-ковш. Не менее распространенным является и аббревиатурное название установок «ковш-печь»: АКОС – агрегат комплексной обработки стали.

Емкость ковшовых печей от 30 до 150 т. Они могут устанавливаться после любой сталеплавильной печи, в том числе мартеновской печи и конвертера. Принцип работы ковшовой печ, следующий. В предварительно разогретый тигель-ковш заливают металл из сталеразливочного ковша. При переливе стали как можно тщательнее отделяется шлак, образовавшийся в сталеплавильной печи и имеющий повышенное содержание фосфора (лучше, если в сталеплавильной печи не прошла стадия раскисления во избежание обратного перехода фосфора из шлака в сталь). Далее в тигель-ковш вводят ферросплавы, требуемые для доводки стали до нужного химсостава, и вводят шлакообразующие. После этого тигель-ковш помещают под водоохлаждаемый свод, через отверстие в котором проходят три графитированных электрода, и опускают свод на упоры тигель-ковша. Во время простоев свод может поворачиваться в сторону при помощи гидропривода. Электроды опускаются ниже верхнего уровня шлака для экранирования футеровки от излучения дуг и начинается дуговой нагрев. Скорость нагрева стали в ковшовых печах в зависимости от технологии обработки металла обычно составляет 3-5 °С/мин. Желательный уровень температуры металла, поддерживаемой в тигель-ковше, составляет 1600-1670 °С. Для исключения попадания в рабочее пространство кислорода и поддержания восстановительной атмосферы под свод дополнительно вводят инертный газ. Одновременно с нагревом или немного раньше начинают продувку металла аргоном через пористую пробку в днище тигельковша. Благодаря этому образующийся основной шлак интенсивно перемешивается с металлом, ускоряя процессы раскисления стали и удаления серы. Через технологическое отверстие в своде проводятся замеры температуры, отбор проб, наблюдение за ходом процесса и добавка легирующих для точной доводки химического состава стали. Полная длительность обработки стали в этой ковшовой печи 60-90 минут, из них в течение 10-30 минут циклически может происходить дуговой нагрев. После окончания каждого цикла нагрева электроды поднимаются. После окончания рафинирующих операций сталь из тигель-ковша через шиберный затвор выливается в обычный сталеразливочный ковш, из которого уже поступает на МНЛЗ или на разливку в слитки. В результате обработки не только обеспечивается получение заданного химсостава и температуры стали, но и происходит улучшение основных показателей, в частности, содержание серы снижается с 0,004-0,01 % до 0,001-0,002 %, кислорода – с 0,01-0,03 % до 0,001-0,003 %.

Футеровка ковшовой печи: свод – из плавленых высокоглиноземистых (85 % Al 2 O 3) огнеупоров, стенки тигель-ковша – из высокоглинозёмистого (85 % Al 2 O 3) или магнезитохромитового огнеупора, шлаковый пояс – из магнезитового или графито-магнезитового огнеупора и днище тигельковша – из высокоглинозёмистого или цирконо-кремнеземистого огнеупора.

Над ковшовой печью располагается камин (зонт) для улавливания газов и пыли, выбивающихся через щели и отверстия свода, и отвода их на газоочистку.
Удельный расход условного топлива в ковшовой печи составляет до 8-12 кг у.т./т металла.

Для сокращения расхода энергии и повышения качества обработки стали можно предложить следующее:

· использование теплоты отработанного шлака для подогрева шлакообразующей шихты, для подогрева ковшей перед разливкой и т.д.;

· вдувание порошкообразных материалов в струе аргона через отдельную фурму для ускорения раскисления стали и удаления серы. За счет сокращения времени обработки снижается и расход энергии;

· установку перемешивающего индуктора с целью интенсивного перемешивания шлака с металлом и на этой основе сокращение времени обработки;

· оснащение ковшовой печи двумя сводами: один обычный – с электродами, а другой – герметичный, подключенный к вакуумной системе с давлением менее 100 Па. Своды устанавливаются на тигель-ковш попеременно. Это позволит получить сталь, которая может использоваться для ответственных работ, вплоть до применения на атомных реакторах;

· размещение всего ковша в герметичной камере и проведение процесса вакуумирования одновременно с дуговым нагревом.