Виробництво сталі в електропечах

Електрометалургійний спосіб виробництва сталі почали використовувати на початку XX ст. Цим способом сталь виплавляють у дугових і індукційних електропечах. В них досягають високих температур, що перевищують 2000 °С. Це дає змогу виплавляти сталі і сплави будь-якого складу. Створення відновлювального середовища або вакууму сприяє доброму розкисленню сталі, виведенню газів, якісному очищенню від сірки і фосфору.

В дугових та індукційних печах виплавляють електросталь, яка має високі якісні показники, але є дорогою, тому що процес потребує багато електроенергії.

В дугових печах застосовують трифазні печі прямого нагрівання, які виготовлені з товстолистової сталі.

Усередині піч викладена вогнетривом-динасовою або хромомагнезитовою цеглою. Дно роблять плоским або сферичним. Склепіння печі 4 знімне і має отвори для електродів 3 (вуглецевих або графітових), які можуть підніматися і опускатися спеціальним механізмом. Кількість електродів відповідає кількості фаз електроструму. Завантаження шихти здійснюють через вікно 5, готову сталь виливають через випускний отвір 2.

Електрична дуга 1 запалюється між електродами і металевою шихтою, її довжина регулюється автоматично. Місткість електродугових печей 25—200 т, тривалість плавки залежить від об’єму та сор­ту сталі і становить 2—6 годин. До складу шихти входять: стальний брухт, відходи сталеплавильного виробництва, залізна руда, окалина (для окислення домішок), флюси.

Технологія виплавляння сталі в дугових печах включає такі операції:

- заправлення подини;

- завантаження шихти;

- опускання електродів;

- розплавлення шихти, окислення домішок;

- зливання шлаку;

- кипіння розплаву;

- випускання готової сталі.

Плавлення в індукційних печах (рис. 50) виконують з використанням добірного скрапу (з малою кількістю домішок фосфору і сірки та однорідним хімскладом). Шихта завантажується в керамічний вогнетривкий тигель 2, що вставлений всередину індуктора 1. Індуктор — це спіраль, виконана із мідної трубки і приєднана до генератора високочастотного струму. При включенні генератора в індукторі ініціюються вихрові струми, які нагрівають і розплавляють шихту. Наприкінці плавлення до розплаву сталі 3 додають розкислювачі і легуючі елементи.

Цим способом отримують так звані індукційні, високолеговані маловуглецеві сталі високої якості та сплави особливого призначення. У вакуумних печах виплавляють високолеговані жаростійкі, жароміцні конструкційні малолеговані сталі та спеціальні сплави.

Недоліки індукційних печей — малий об’єм тигля (5—25 т), малий термін використання (до ста разів), велика вартість електричного обладнання, великі витрати електричної енергії, а загалом висока собівартість сталі.

Продуктивність індукційних печей становить близько 40 т на 1000 кВт установленої потужності трансформатора. Витрата енергії на 10 % вища, ніж у дугових печах. Проте, доля сталі виплавленої в індукційних електропічах зростає.

Безчавунне виробництво сталі

Металургія доменного чавуну має технологічні, економічні й екологічні вади, серед яких головними є:

- великі за обсягом та вартістю витрати на підготовку і використання палива (коксу, природного газу); води (для охолодження печей та шлаку); повітря, кисню та електроенергії (для подання дуття);

-значне забруднення довкілля: земель - відвалами шлаків; вод — шкідливими речовинами стоків; повітря- викидними шкідливими газами.

Тому світова металургія дедалі ширше використовує технологію безчавунного виробництва сталі методом прямого відновлення заліза з руд та його навуглецювання за рахунок карбону присутнього в шихті, що відбувається в електропечах.

Відновлення відбувається з руд у твердому стані завдяки здатності заліза відновлюватись воднем (Н₂), а також монооксидом вуглецю (СО) за температури 750—800 °С (температура плавлення заліза і залізної руди близько 1540 °С). Реакції процесу такі:

Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O

Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

Безчавунне виробництво сталі з металізованих грудок відбувається за схемою, що зображена на рисунку.

Схема технології виробництва сталі з металізованих грудок