Традиционный процесс выплавки стали в электродуговых печах основан на классическом трехэтапном процессе — плавке, окислении и восстановлении — все этапы которого выполняются внутри одной печи. В рамках этого единого оборудования операторы должны расплавить лом, провести дефосфоризацию и обезуглероживание, повысить температуру, провести деоксидацию, десульфуризацию, удалить включения, а также скорректировать как химический состав, так и термические условия. В результате общий цикл рафинирования, как правило, является длительным.
Данная статья, основанная на практическом опыте ведущих инженеров Шанхайской группы металлургического оборудования (SME Group) и дополненная авторитетной металлургической литературой, дает четкий обзор сильных и слабых сторон, типов конфигурации и основных методов рафинирования стали в традиционных электродуговых печах.
1. Основные недостатки традиционного производства стали в электродуговых печах.
Несмотря на свою долгую историю и устоявшуюся логику управления технологическим процессом, традиционный метод электродуговой печи имеет ряд существенных недостатков:
- Жесткие условия труда
Электродуговое излучение и шум остаются сильными. Даже при применении защитных мер длительное воздействие может негативно сказаться на здоровье работников. - Более высокое содержание газов в стали
Ограничения качества лома, а также растворение водорода и азота, вызванное электрической дугой, приводят к более высокому содержанию газов по сравнению с конвертерным производством стали. - Накопление вредных остаточных элементов
Повторное использование лома может привести к обогащению медью, оловом и другими примесями. - Дополнительные риски для безопасности и производственные опасности
Высокие температуры, сильные дуги, частые циклы зарядки и ручное вмешательство делают управление безопасностью более сложной задачей. - Низкий уровень механизации и высокое энергопотребление в малых и средних электродуговых печах
Традиционная ручная прокладка кислородом увеличивает трудозатраты, снижает эффективность и приводит к сильному загрязнению окружающей среды. Китай уже запретил строительство электродуговых печей мощностью менее 70 тонн, изготовленных не из специальной стали, что отражает устаревший характер маломощных установок.
2. Две типичные конфигурации расположения электродуговых печей.
Традиционные электродуговые печи обычно имеют одну из двух основных планировок:
1. Расширенная конфигурация (более продвинутая)
Печь установлена на платформе высотой примерно 5 метров. Разлив стали осуществляется с помощью тележек-ковшей или мостовых кранов, а шлак удаляется через дверной проем печи. Такая конструкция обеспечивает более удобную обработку шлака, меньшее количество узких мест, лучшую безопасность и, как правило, более высокую производительность. Это предпочтительная конфигурация в большинстве современных установок.
2. Вариант с расположением на уровне земли (меньшие инвестиции, но устаревший)
Печь размещается в основном цеховом зале, с ямой для сбора шлака и ямой для сброса шлака в ковши. Хотя первоначальные инвестиции ниже, ограничения в обращении со шлаком, более частые аварии и снижение производительности делают эту компоновку менее выгодной.
3. Основные методы выплавки стали в традиционной электродуговой печи.
В традиционной практике электродуговой плавки обычно используются три основных метода рафинирования:
1. Метод окисления
Полный трехэтапный процесс, включающий плавление, окисление и восстановление. На стадии окисления осуществляется полное удаление фосфора и основная декарбюризация, а на стадии восстановления — раскисление, удаление серы и корректировка состава сплава.
2. Метод без окисления
Упрощенная технологическая схема без стадии окисления и, следовательно, без дефосфоризации. Операторы полагаются на точный контроль сырья, загружая легирующие элементы в нижних пределах. После расплавления и достижения заданной температуры тепло напрямую переходит в стадию восстановления и окончательной корректировки состава.
3. Метод обратной продувки кислородом
Гибридный процесс. По мере плавления лома (примерно до 80% расплава) подается контролируемое количество кислорода для ускорения плавления. После полного расплавления и достижения температуры приблизительно 1570 °C кислород подается снова для обезуглероживания, дегазации и удаления включений. Затем следует предварительное раскисление, после чего производится удаление шлака, восстановление, легирование и выпуск готовой продукции.
4. Понимание трех этапов традиционной электродуговой переработки руды.
Классическая «трехэтапная» модель отражает химическое и термическое выделение тепла:
- Стадия плавления
Электрические дуги проникают в заряд и расплавляют лом, превращая его в жидкую сталь, пригодную для химических реакций. - Стадия окисления
После того, как ванна расплавится и достигнет требуемой температуры, проводятся дефосфоризация и обезуглероживание, после чего удаляется большая часть окисляющего шлака. - Стадия восстановления
Добавляются раскислители и легирующие элементы для улучшения качества стали, удаления серы и включений, корректировки состава и достижения температуры выпуска готовой стали.
Поскольку все процессы плавки, удаления примесей, восстановления и окончательного контроля химического состава происходят внутри одной печи и в одной последовательности, традиционный способ выплавки стали в электродуговой печи известен как трехстадийная выплавка стали, что составляет операционную основу более старой, но все еще широко известной практики работы в электродуговых печах.
5. Преимущества и практическое значение традиционного производства стали в электродуговых печах.
Несмотря на известные ограничения традиционного электродугового производства стали, его классическая трехступенчатая технология рафинирования по-прежнему демонстрирует уникальные и незаменимые преимущества для определенных марок стали. В некоторых регионах традиционное электродуговое производство стали продолжает находить практическое применение и эксплуатируется в определенных производственных условиях. Более того, многие принципы работы, используемые в современном электродуговом производстве стали, тесно связаны с традиционными трехступенчатыми технологиями электродуговых печей. Поэтому понимание традиционного электродугового производства стали по-прежнему необходимо и важно для современных процессов сталелитейного производства.
