Материал: Каблуковский А.Ф. Перспективы развития электрометаллургии

Применение вольфрамо-молибденовых термоэлектродов с до­

бавкой 0,5% алюминия, разработанных Центральным научноисследовательским институтом черной металлургии, выявило, что после 2,5—4 час. их показания на 10—25° превышают показания

контрольной платинородий-платинородиевой термопары (с содер­ жанием родия 6 и 30%). Защитные наконечники, изготовлен-

Рис. 12. Термопары для непрерывного измерения температуры внут­ ренней поверхности футеровки:

1 — огнеупорная подмазка; 2 — металлическая труба: 5 — муфта; 4 — гра­ фитовый блок; 5 — замазка термопары; 6 —< наконечник; 7 — головка тер­ мопары; 5 — штепсельная вилка; 9 — огнеупорный стакан

ные из глинозема с добавкой 1 % двуокиси титана, без примене­ ния обмазки для защиты их от теплового удара, как правило, на­

дежно защищают термоспай в течение 3—4 час. и более при установке в стене печи и в течение 4—8 час. при установке ее в

своде печи.

Таким образом, сводовая и стенная термопары позволяют не­ прерывно в течение плавки измерять температуру внутренней поверхности футеровки с погрешностью, не превышающей при­ мерно 25°.

При стабилизации распределения электроэнергии между фа­ зами печи, в частности с применением вычислительных устройств, контроль температуры стен и свода проводят только в двух участках футеровки, которые испытывают наибольшую тепловую нагрузку. Характер изменения температуры свода и стен и под­

водимой мощности для дуговой электропечи с фактической ем-

24

костью 20 т при выплавке шарикоподшипниковой стали ШХ15 методом переплава с кислородом приведен на рис. 13.

Из приведенного графика видно, что температура футеровки зависит от периода плавки и подводимой мощности.

В период загрузки шихты, когда ванна выкатывается из-под свода на рабочую площадку, температура стен и свода заметно снижается. В первую половину периода плавления температура

Температура,

Мощность, кбт

Рис. 13. Характер изменения температуры свода 1 и стен 2 и подводимой мощности при выплавке стали ШХ15 в 20-т печи методом переплава с кисло­ родом

Когда шихта полностью оседает и дуги начинают непосредствен­ но облучать стены и свод, температура последних быстро увели­ чивается. В результате отключения печи в период продувки ван­ ны кислородом температура футеровки к концу плавления ших­ ты несколько снижается, при этом разница температур стен и свода заметно уменьшается. Вследствие интенсивного теплоизлу­ чения открытого зеркала ванны при науглероживании металла

и наведении нового шлака температура стен и свода повышает­

ся. Ускоренное введение в печь шлакообразующих и уменьшение

величины кусков извести, шамота и плавикового шпата улучша­ ют тепловой режим печи в данный период плавки. После уплот­ нения отверстий вокруг электродов и наведения карбидного шлака температура футеровки несколько уменьшается, а затем

25

начинает равномерно увеличиваться. Образующийся при карбид­ ном шлаке дым защищает свод от теплового излучения дуг и шлака и несколько уменьшает его температуру по сравнению с

температурой стен.

Из-за малой полезной электрической мощности печи и не­ большой длины открыто горящих дуг температура стен и свода к концу рафинировки выравнивается. Контроль температуры внутренней поверхности футеровки позволяет существенно уменьшить длительность периода плавления металла в результа­

те увеличения длительности работы печи на высшей ступени на­ пряжения и мощности. Недопустимые значения температуры стен, как правило, получаются прежде всего в начале восстано­ вительного периода плавления !(метод переплава). Температура футеровки, как правило, не лимитирует любого повышения мощ­ ности при проплавлении шихты и закрытом горении дуг под сло­ ем нерасплавившегося металла.

Влияние температуры металла на качество стали

Несмотря на то, что неметаллические включения содержатся в стали в незначительном количестве, они существенно влияют на свойства стали. Содержание кислорода в металле, носителями которого являются неметаллические включения, определяет

многие свойства стали: пластичность, ударную вязкость, уста­ лостную прочность и другие физические свойства.

При выплавке стали ШХ15 на печи, оборудованной новыми устройствами контроля и управления технологическим процес­ сом, было изучено влияние температуры на загрязненность стали неметаллическими включениями.

Температуру металла измеряли термопарами погружения 8—10 раз по ходу плавки в ванне печи и в ковше после выпуска плавки.

Загрязненность готового металла включениями оценивали металлографическим путем по ГОСТ 801—47. Плавки проводили на свежей шихте с окислением ванны железной рудой и кислоро­ дом.

Было установлено, что для получения минимума оксидных включений в готовой стали ШХ15 температура металла по ходу плавки (в любой момент независимо от периода) не должна пре­

вышать определенной оптимальной величины (рис. 14). Как вид­ но из рисунка, для условий выплавки в 20-т дуговых печах тем­

пература жидкой ванны в течение плавки не должна превышать 1590—1600°, т .е. перегрев металла выше температуры плавления стали ШХ15 (1460—1470°) более чем на 130° не желателен. Если

температура металла в один из моментов плавки превышает ука­

занное выше значение, количество оксидных включений в гото­

вом металле увеличивается. В результате проведенных исследо­ ваний на 20-т печах был выработан наиболее рациональный тем­ пературный и электрический режим плавки стали ШХ15

26

(рис. 15). Применение вычислительных устройств и регулирова­ ние электрического режима по температуре металла и футеров­ ки обеспечило выплавку 60% плавок в полном соответствии с

Рис. 14. Зависимость качества стали ШХ15, выплавленной на свежей шихте, от максимальной температуры за плавку

Рис. 15. Рациональные температурный 1 и электрический 2 режимы плавки стали ШХ15 на свежей шихте с рудным кипом

оптимальным режимом. Сравнение оценок оксидных включений в плавках, выплавленных в строгом соответствии с установленным режимом и с отклонением от него, приведено в табл. 2.

2Z

С нарушениями ...... 53 205 54,5 28,4 5,9 7,8 '■5 1,9 1,89 17,0

Меньшая загрязненность плавок, проведенных без нарушения режима, оксидными включениями, показывает целесообразность разработки для всех печей, выплавляющих подшипниковую сталь, оптимальных электрических и температурных режимов.

Применение на ряде печей новых устройств контроля управ­ ления технологическим процессом показало возможность сокра­

Механизация трудоемких работ и автоматизация управления технологическим процессом плавки позволят в семилетке значи­

тельно увеличить производительность действующих дуговых электропечей.

2. НОВЫЕ СПОСОБЫ ФУТЕРОВКИ И РЕМОНТА ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ

Одним из резервов повышения производительности дуговых

электропечей является увеличение стойкости их футеровки. Сов­ ременная тенденция применять дуговые печи большой емкости

(80—180 т), устанавливать более мощные трасформаторы с по­

вышенным вторичным напряжением, а также продувать ванну, кислородом повышает еще больше требования к огнеупорным материалам.

Футеровка свода. В условиях больших тепловых на­ грузок динасовый кирпич в сводах печей имеет низкую стойкость, поэтому его заменили более стойким магнезитохромитовым кир­ пичом. Динасовый кирпич используют только в тех печах, где выплавляют более легкие по тепловому режиму марки стали.

Применение динасовых сводов на электропечах от общего коли­ чества сводов в 1958 г. составило всего 27—32%.

Применение магнезитохромитового кирпича взамен динасово­ го позволило ряду заводов повысить стойкость сводов в 3—4 ра­ за. Большинство сводов дуговых электропечей выполняют сек­

торно-арочной кладкой. Такая кладка имеет высокую строитель­ ную прочность и проста в изготовлении. Для увеличения строи-

28

тельной прочности на некоторых сводах применяют металличе­

ские штыри и прокладки в швах. В ряде случаев в этих же целях расширяют каркасы печей и таким образом увеличивают распад электродов и усиливают центральную арку до двух и трех кир­ пичей.

В сводах 20-т печей был испытан магнезитохромитовый кир­

пич, изготовленный из следующей шихты:

Кирпич имел следующие средние показатели качества:

Средняя стойкость опытных сводов оказалась выше стойко­ сти сводов из обычного магнезитохромитового кирпича на 10 пла­ вок, или на 14 % • В отличие от магнезитохромитового кирпича опытный кирпич изнашивался не путем сколов уплотненного ра­ бочего слоя на глубину до 30—40 мм, а в результате шелушения. Кирпич показал достаточную устойчивость против окислов же­ леза. Рабочая поверхность кирпича слегка ошлакбвывалась, но

разбухания его не наблюдалось.

Использование магнезитохромитового кирпича описанного состава весьма перспективно. Однако при всех преимуществах эксплуатацией магнезитохромитовых сводов выявлен их сущест­ венный недостаток, а именно: повышенная электропроводность

при высоких температурах. В результате этого в процессе плавки через кладку или рабочий слой кирпича, пропитанный желези­ стыми соединениями, происходит короткое замыкание тока с прожиганием искрой охладительных устройств в электродных отверстиях.

Особенно частые случаи прогара сводовых охладителей наблю­ дают при кислородных плавках, когда из-за повышенного угара металла происходит более интенсивное осаждение плавильной пыли на рабочей поверхности кладки свода. Прогары охладите­ лей снижают производительность дуговых печей, так как увели­ чиваются простои и уменьшается выход годного из-за брака ме­ талла по свищам и рослости.

Вусловиях все более возрастающего объема выплавки стали

скислородом устранение прогаров охладительных устройств в электродных отверстиях магнезитохромитовых сводов приобре­ тает особо важное значение.. Проведенные на ряде печей опыты по электроизоляции охладителей со всей очевидностью показали,

что устранение их прожиганий возможно только в том случае,

29