В дуговых электропечах для расплавления шихты используют тепловой эффект электрической дуги ( Рис. 103). Окисление легирующих элементов в дуговых печах минимальное. Эти печи служат для получения высококачественных высоколегированных сталей.
Для плавки стали используют дуговые печи прямого действия, когда электрическая дуга возникает межлу электродом и расплавляемой шихтой. Их разделяют на печи переменного тока (ДСП ) и печи постоянного тока ( ДППТ ).
В литейных цехах используют дуговые электропечи с основной и кислой футеровкой емкостью от 6 до 200 т.
Свод печи сдвигают и шихтовые материалы загружают на подину печи сверху в открываемое рабочее пространство с помощью бадьи ( корзины ) с открывающимся дном.
Затем свод надвигают на ванну, имеющую форму чаши. Подину делают из магнезитового кирпича, а стены и свод - из магнезитохромтового кирпича. Общая толщина подины 800-900 мм, стойкость до 5000 плавок. Стойкость футеровки стен и свода - от 75 до 250 плавок.
Электроды 2 опускают через отверстия свода до возникновения короткого замыкания с шихтой , в результате чего зажигается электродуга. Плавление и нагрев происходит за счет теплоты электрических дуг. Готовую сталь и шлак выпускают через
344
сливной желоб 14. Рабочее окно 12 , закрываемое заслонкой предназначено для контроля за ходом плавки, загрузки материалов и промежуточного выпуска шлака во время окислительного периода. Температура жидкой стали при выпуске на 120 -150 ºС выше температуры ликвидуса и составляет 1550 -1650ºС.
По ходу плавки выделяют четыре периода :
1-й — подготовка к плавке ( 20 — 40 минут ). Исправление изношенных участков пода путем заправки подины магнезитовым порошком, загрузка шихты ;
2-й - период плавления ( 70 — 180 минут ). Ввод максимальной электрической мощности, нагрев и расплавление шихты. Формирование шлака за счет окисления кремния, марганца, углерода и железа кислородом воздуха. Возможна продувка жидкого металла кислородом для ускорения процесса плавления. Удаление основной массы фосфора из расплава с помощью железистого шлака.
3-й - окислительный период ( 30-90 минут ). Слив основной массы шлака для удаления из расплава фосфора. Присадка извести и других шлакообразующих добавок. Присадка руды для интенсивного окисления углерода, получения эффекта «кипения», во время которого происходит дефосфация металла и удаления с пузырьками окиси углерода (СО) водорода и азота.
4- восстановительный период. ( 40 -120 минут ). Присадка ферромарганца и феррохрома для корректировки содержания марганца хрома в соответствии с требуемым химическим составом выплавляемой стали. Добавление ферросилиция и алюминия для раскисления металла. (Раскисление - удаление из сплава кислорода путем присадки раскислителей : углерода, кремния, марганца ). Для ускорения процесса раскисления наводят основной шлак путем добавления извести, плавикового шпата и шамотного боя. Легирование стали. Выпуск стали вместе со шлаком.
Составы шихты для плавки стали в дуговых печах приведены в табл. 248
и 249.
Таблица 248. Примерный состав металлической шихты при плавке стали в дуговых
печах с основной футеровкой
Наименование шихтовых материалов |
Марки сталей для отливок нормального качества |
Марки сталей для отливок повышенного качества |
Марки сталей для отливок особо высокого качества |
|||||
15, 25 |
35, 45 |
55 |
15, 25 |
35, 45 |
55 |
15, 25 |
35 |
|
Отходы собствен- ного производства |
40,0-50,0 |
40,0-50,0 |
40,0-50,0 |
30,0-40,0 |
30,0-40,0 |
30,0-40,0 |
20,0-30,0 |
20,0-30,0 |
Стальной лом |
35,0-45,0 |
52,0-42,0 |
48,0-38,0 |
63,0-53,0 |
58,0-48,0 |
55,0-45,0 |
70,0-60,0 |
65,0-50,0 |
Передельный чугун |
3,0 |
7,5 |
10,5 |
14,5 |
10,0 |
13,0 |
7,5 |
13,0 |
Зеркальный чугун |
2,0 |
1,5 |
1,5 |
2,5 |
2,0 |
2,0 |
2,5 |
2,0 |
345
Таблица 249. Примерный состав металлической шихты при плавке стали в дуговых
печах с кислой футеровкой
Наименование шихтовых материалов |
Марки сталей для отливок нормального качества |
Марки сталей для отливок повышенного качества |
||||
25 |
35, 45 |
55 |
25 |
35, 45 |
55 |
|
Отходы собствен- ного производства |
40,0-50,0 |
40,0-50,0 |
40,0-50,0 |
30,0-40,0 |
30,0-40,0 |
30,0-40,0 |
Стальной лом |
57,0-47,0 |
55,0-45,0 |
53,0-43,0 |
65,0-55,0 |
62,0-52,0 |
58,0-48,0 |
Передельный чугун |
3,0 |
5,0 |
7,0 |
5,0 |
8,0 |
123,0 |
Таблица 250. Содержание углерода в шихте и его изменение по ходу плавки
Группа отливок |
Футеровка печи |
Марка стали |
Содержание углерода, % по массе |
|||
В шихте |
В начале окислитель- ного периода |
В конце окислитель- ного периода |
При выпуске стали |
|||
Нормального качества |
основная |
15 - 55 |
0,4- 0,8 |
0,3 - 0,7 |
0,08 - 0,45 |
0,18 - 0,55 |
кислая |
25 - 55 |
0,4- 0,7 |
0,3 - 0,6 |
0,15 - 0,45 |
0,25 - 0,55 |
|
Повышенного качества |
основная |
15 - 55 |
0,5 - 0,9 |
0,4 - 0,8 |
0,08 - 0,45 |
0,18 - 0,55 |
кислая |
25 - 55 |
0,5- 0,8 |
0,4 - 0,7 |
0,15 - 0,45 |
0,25 - 0,55 |
|
Особо высокого качества |
основная |
15 - 35 |
0,6 - 0,8 |
0,5 - 0,7 |
0,05 - 0,25 |
0,15 - 0,35 |
Таблица 251. Содержание марганца в шихте и его изменение по ходу плавки
Группа отливок |
Футеровка печи |
Марка стали |
Содержание марганца, % по массе |
|||
В шихте |
В начале окислитель- ного периода |
В конце окислитель- ного периода |
При выпуске стали |
|||
Нормального качества |
основная |
15 - 55 |
0,8- 1,0 |
0,4 - 0,6 |
0,20 - 0,25 |
0,6 - 0,8 |
кислая |
25 - 55 |
0,6- 0,7 |
0,3 - 0,4 |
0,15 - 0,20 |
0,6 - 0,8 |
|
Повышенного качества |
основная |
15 - 55 |
0,9 - 1,1 |
0,5 - 0,7 |
0,20 - 0,25 |
0,6 - 0,8 |
кислая |
25 - 55 |
0,7- 0,8 |
0,35 -0,45 |
0,15 - 0,20 |
0,6 - 0,8 |
|
Особо высокого качества |
основная |
15 - 35 |
1,0 - 1,2 |
0,6 - 0,8 |
0,20 - 0,25 |
0,6 - 0,8 |
Металлическуюю часть шихты для дуговых печей рекомендуется составлять на 20,0-40,0 % по массе из мелких кусков размером до 100 х 100 х1 00 мм, массой от 2,0 до
7,0 кг ; 30,0-60,0 % по массе - это средние куски размером до 250 х 250 х 200 мм массой от 8,0 до 40,0 кг ; 20,0-30,0 % по массе - крупные куски размером до 600 х 350 х 250 мм массой более 40,0 кг.
В дуговые печи объемом от 1,5 до 10,0 т шихту загружают в следующем порядке : на дно подины укладывают половину мелкой части шихты, затем укладывают крупные куски, которые должны находиться в зоне действия электрических дуг ; поверх крупных кусков укладывают средние куски, чушки чугуна и оставшуюся половину мелкой завалки; завалку следует укладывать до плотности 3,0-4,5 . Верхнюю часть завалки желательно делать конусной, острием
Для лучшего поддержания электрически дуг перед началом плавки под каждый электрод подкладывают 2-3 куска кокса.
Для своевременного шлакообразования в печи с основной футеровкой следует загружать известь в количестве 1,0-1,5 % от массы шихты сверх металлической завалки. После расплавления шихты следует добавить в металл еще 1,5-2,0 % по массе извести.
При плавке в печах с кислой футеровкой после расплавления шихты необходимо добавить 1,5-2,0 % по массе кварцевого песка ( или отработанной земли ).