Периоды плавки в ДСП с кислой футеровкой

Электрические печи с кислой футеровкой обычно используют в литейных цехах при выплавке стали для фасонного литья. Преимуществом кислых печей по сравнению с основными является более высокая стойкость футеровки; наряду с этим стоимость кислых огнеупоров примерно в 2.5 раза ниже стоимости основных. Поскольку при плаке стали для фасонного литья восстановительный период обычно отсутствует, длительность плавки в кислой печи меньше, чем в основной той же емкости; по этой причине, а также в связи с меньшей теплопроводностью кислой футеровки, более низким является и расход электроэнергии.

Основным недостатком кислых печей является то, что во время плавки из металла не удаляется сера и фосфор.

Завалка и расплавление шихты

Шихту составляют таким образом, чтобы содержание углерода после расплавления на 0.15-0.20% превышало содержание углерода в выплавляемой стали. Для повышения содержания углерода в шихту, наряду со стальным ломом, вводят кокс, электродный бой или чугун. Поскольку фосфор и сера под кислым шлаком не удаляются, используемый стальной лом должен содержать фосфора и серы примерно на 0.01% меньше, чем допускается в выплавляемой стали.

Металлический лом не должен быть ржавым, так как окислы железа, растворяя кремнезем футеровки пода, разрушают её. В остальном требования к шихтовым материалам и порядку загрузки в печь такие же, как и при основном процессе.

Плавление в кислой печи длится 50-70 мин и протекает примерно так же, как и в основной печи. В период плавления происходит окисление кремния, марганца, железа, углерода. Образующиеся окислы принимают участие в формировании шлака. Поскольку количество этих окислов сравнительно невелико, в печь во время плавления забрасывают шлак от предыдущей плавки, сухой песок, формовочную землю и известняк, чтобы покрыть металл шлаком и уменьшить угар составляющих шихты.

К моменту расплавления шихты шлак имеет следующий состав, %: 40-50 SiO₂; 15-30 FeO; 10-30 MnO; 2-6 Al₂O₃; 5-15 прочие окислы.

Окислительный период

Задачами окислительного периода при кислой плавке являются дегазация металла за счет кипения и нагрев металла. За время периода окисляется 0.10-0.20% углерода. Его окисление идет преимущественно за счет закиси железа, содержащейся в шлаке. Благодаря высокому содержанию FeO в шлаке окисление углерода и вызываемое им кипение ванны начинается без присадок окислителей, когда металл будет достаточно нагрет. Кипение можно интенсифицировать небольшими присадками извести или железной руды (порциями не более 0.2% от массы жидкого металла каждая). При этом происходит высвобождение FeO и повышение окислительной способности шлака.

По мере окисления углерода содержание закиси железа в шлаке уменьшается, а содержание SiO2 за счет разъедания футеровки возрастает; к концу окислительного периода оно составляет 55-60%. При высоком содержании SiO₂ в шлаке и высокой температуре назначается восстановительного кремния по эндотермической реакции:

(SiO2) + 2[C] = [Si] + 2(CO₂)

Содержание кремния в металле в конце окислительного периода может достигать 0.2-0.4%.

Раскисление стали

При выплавке стали для фасонного литья восстановительный период отсутствует и сталь раскисляют осаждающим методом. Если содержание кремния в металле ниже, чем требуется в выплавляемой стали, то за 7-10 мин до выпуска в печь присаживают ферросилиций. Ферромарганец вводят либо в печь (за 3-5 мин выпуска), либо в ковш. Алюминий для окончательного раскисления вводят в ковш.

Автоматизация процесса выплавки в ДСП.

Назначения и функции

Современные ДСП высокой и сверхвысокой мощности, должны оснащаться АСУ ТП, обеспечивающей высокую эффективность и экономичность работы печи. Основными задачами автоматизированного управления технологическим процессом в ДСП являются:

-      централизованный контроль технологического процесса и работы печи с выдачей оперативной информации обслуживающему персоналу, с регистрацией и сигнализацией отклонений от заданных значений основных параметров;

- управление технологическим процессом – расчет оптимального состава шихты; управление загрузкой шихты, в соответствии с рассчитанным ее составом; расчет количества кислорода, легирующих и шлакообразующих материалов, обеспечивающих получение стали заданного химического состава, качества и экономию материалов; управление подачей легирующих и шлакообразующих материалов; управление подачей природного газа и кислорода в ванну; прогнозирование момента окончания технологических периодов плавки;

- управление энергетическим режимом, обеспечивающее максимальное использование мощности печи, минимальный расход электроэнергии, нормальную эксплуатацию печи и ее электрического оборудования; управление тепловым и электрическим режимом; управление газо-кислородными горелками и отводом отходящих из печи газов;

- управление вспомогательными операциями – отбором проб металла, замером температуры металла и др;

- сбор и обработка информации с выдачей необходимой документации: учет и регистрация расходов шихтовых и легирующих материалов, электроэнергии, кислорода; печатание паспортов плавки, а также другой технологической и производственной документации;

- контроль за работой оборудования с сигнализацией и регистрацией его неисправностей.

Для выполнения указанных задач, АСУ ТП выплавки стали в ДСП осуществляет следующие основные функции:

1. Информационные и информационно-вычислительные функции:

- контроль массы компонентов металлошихты, ферросплавов, шлакообразующих материалов, жидкого металла в ковше; электрической мощности (активной и реактивной), расхода электроэнергии (активной и реактивной), силы токов фаз и напряжения фаз печи; коэффициента мощности, температуры металла в ванне печи, температуры футеровки стен, температуры подины, расхода, давления кислорода, природного газа; давления под сводом рабочего пространства; расхода и состава отходящих газов; расхода и температуры охлаждающей воды; положения газо-кислородной фурмы; окисленности металла в печи; сигнализация отклонения основных параметров от допустимых значений; расчет оптимального состава металлосодержащей части шихты, количества ферросплавов, шлакообразующих материалов, кислорода на продувку, природного газа, параметров электрического режима, температуры металла по мгновенному тепловому балансу, технико-экономических показателей плавки; прогнозирование моментов окончания технологических периодов плавки и температуры ванны.

2. Управляющие функции:

- управление величинами электрической мощности, расходом кислорода, расходом природного газа, давлением под сводом печи;

- управление процессами набора и загрузки шихты: дозирования и загрузки ферросплавов, шлакообразующих материалов; продувки ванны кислородом, расплавления шихты, рафинирования металла.

АСУ ТП могут реализовывать не все, а только часть из перечисленных выше функций, но вместе с тем, могут выполнять и некоторые дополнительные функции.

На рис 9.10 показана структурная схема АСУ ТП выплавки стали в дуговой печи.

В качестве УВК (управляющий вычислительный комплекс) на верхнем уровне используется мини-ЭВМ (например, типа СМ – 2 или СМ-4).

Особенностью АСУ ТП является использование микро-ЭВМ (может быть применен и регулируемый микропроцессорный контроллер) в локальной системе управления тепловым режимом на нижнем уровне. Эта система управляет переключателем ступеней напряжения ПСН – печного трансформатора и вырабатывает задание регулятору мощности.