Глава 8 электросталеплавильные цехи
Объем выплавки стали в электродуговых печах и доля электростали в объеме ее производства в нашей стране за последние сорок лет непрерывно возрастали. Дальнейшее заметное увеличение производства качественной стали в электродуговых печах намечено в решениях 26-го съезда КПСС. Новые электросталеплавильные цехи будут сооружаться как в составе крупных металлургических заводов, так и в составе так называемых «минизаводов», которые включают электросталеплавильный и прокатные цехи и предназначены для удовлетворения потребностей отдельных регионов страны в прокате на основе использования местных ресурсов стального лома.
Еще сравнительно недавно электросталеплавильное производство базировалось на использовании печей сравнительно небольшой емкости для выплавки легированных высококачественных сталей сложного, так называемого электропечного сортамента. Высокое качество металла и возможность легирования в печи при этом обеспечивались за счет проведения длительного восстановительного периода с диффузионным раскислением шлака и металла. За последние годы электрометаллургия претерпела значительные изменения — существенно увеличилась емкость электропечей и мощность печных трансформаторов, упростилась технология плавки, электропечи все чаще используются для расплавления шихты, а процессы рафинирования и доведения состава металла до заданного переносятся в установки внепечной обработки.
1. Проектные решения для электропечей и их работы
Емкость электродуговых печей для новых ЭСПЦ выбирают с учетом того, что при ее увеличении заметно улучшаются технико-экономические показатели работы электросталеплавильного цеха. Так, при установке в цехе 200-т печей вместо 100-т удельные капитальные затраты снижаются примерно на 4%, а производительность труда повышается на 14%. С учетом этих соображений в проектах новых отечественных ЭСПЦ предусматривают установку печей емкостью не менее 100 т. В цехах, сооружение которых намечено на ближайшие годы, устанавливают 100- и 200-т электропечи; в последующем намечается применение печей большей емкости (300—400-т), проекты которых разрабатываются. Применение печей средней и малой емкости (менее 100 т) допустимо при реконструкции существующих цехов, а для новых цехов — в порядке исключения, в случае особых местных специфических условий.
Применяемые печи должны соответствовать установленному в нашей стране типовому ряду емкостей (по массе жидкой стали): 6, 12, 25, 50, 100, 150, 200 и 300 т.
При выборе емкости печей учитывают также возможность разливки стали на МНЛЗ. Например, производительность современной 4-ручьевой сортовой МНЛЗ при отливке заготовок сечением 200 X 200 мм такова, что длительность разливки плавки массой 200 т превысит предельно допустимую. Соответственно в цехе, конечной продукцией которого должны быть литые заготовки подобного сечения, необходимо устанавливать печи меньшей емкости (100 т).
Число устанавливаемых в ЭСПЦ печей можно определить из соотношения п = Пц / Пп, где Пц и Пп — годовая производительность соответственно цеха и одной электродуговой печи. Годовую производительность одной печи (Пп, т слитков в год) определяют по формуле
Пп = (Т24ап) / 100t,
Где Т — емкость печи (по массе жидкой стали), т; t — продолжительность плавки, ч; а — выход годных слитков по отношению к массе жидкой стали, %; п — число рабочих суток в году (годовой фонд рабочего времени), сут; 24 — число часов в сутках, ч/сут. Выход годных слитков при сифонной разливке в изложницы составляет 97,0—98,5%; при непрерывной разливке 96—98%. Число рабочих суток в году для печей с огнеупорной футеровкой стенок по нормативным данным составляет 318 сут для 200-т печи, 326 — для 100-т и 333—348 сут для печей емкостью от 50 до 6 т (в этих пределах п возрастает по мере снижения емкости печи). Число рабочих суток печи в году представляет собой разность между календарным временем (365 суток) и временем простоя печи на холодных ремонтах; в соответствии с нормами на печах емкостью 100—200 т раз в 1—2 года должен проводиться капитальный ремонт, включающий замену пода, продолжительностью 8—10 сут и холодные ремонты, включающие замену футеровки стенок, продолжительностью 18—24 ч через 15—20 сут. При применении водоохлаждаемых стеновых панелей число рабочих суток печи в году увеличивается в связи с уменьшением числа ремонтов стенок.
Длительность плавки зависит от мощности печного трансформатора и типа технологического процесса (одно- или двухшлаковый). Мощность печных трансформаторов для дуговых печей разной емкости и продолжительность плавки в них должны выбираться в соответствии с разработанными Гипромезом рекомендациями, приведенными ниже:
Емкость печи, т 6 12 25 50 100 100 200 Номинальная мощность
трансформатора, MB-А 4 8 12,5 32 50 75 125 Длительность плавки, ч-мин 2—35 2—35 3—00 3—00 3—10 — 3—30
— — — 2—15 2—35 2—10 2—45
Длительность расплавления,
ч—мин 1—20 1—20 1—20 1—05 1—20 1—00 1—20
Проектная производительность отечественных большегрузных печей при работе одношлаковым процессом составляет: для 100-г печи с трансформатором мощностью 50 MB-А около 300000, а для 200-т печи —около 550000 т жидкой стали в год.
Конструкция большегрузных электропечей непрерывно совершенствуется. Для новых цехов рекомендуются печи с отворачиваемым сводом. Ранее подобные большегрузные печи имели опору механизмов отворота свода и электродов на люльку; новые 100-т печи будут выпускаться с опорой этих механизмов на отдельный фундамент. В новых цехах предусматривают сооружение «сверхмощных» печей, у которых удельная мощность трансформаторов составляет 600 кВ-А/т и более. Для них рекомендуется широкое применение водоохлаждаемых сводов и стеновых панелей. При применении охлаждаемых панелей рекомендуется цилиндрическая форма стенок; при кирпичной футеровке целесообразно, очевидно, делать цилиндро-конические стенки, так как это обеспечивает повышение стойкости футеровки. Печи рекомендуется оборудовать топливо-кислородными горелками.
Технологию выплавки стали в большегрузных электропечах нельзя пока считать окончательно установившейся. Сталь в подобных печах выплавляют по технологии как одношлакового, так и двушлакового процесса. По мере освоения новых агрегатов внепечной обработки планируется перевод выплавки всей стали с технологии двушлакового процесса на одношлаковый. Технология плавки должна предусматривать применение сводовых газокислородных горелок в период плавления, продувку кислородом через сводовые фурмы; для интенсификации процессов рафинирования целесообразна оргайизация продувки порошкообразными материалами. Сталь разливают на МНЛЗ с обязательной продувкой в ковше аргоном с целью усреднения и корректировки состава и температуры металла.