Основной исходный материал для производства стали является стальной лом(скрап) и передельный чугун, которые переплавляются в дуговой электросталеплавильной печи.
Питается 3-х фазным электрическим переменным током, имеет 3 цилиндрических электрода. Между электродом и металлической шихтой возникает электрическая дуга, электроэнергия превращается в теплоту, которая передается металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжение 180-600 В, сила тока 1-10 кА. Емкость электропечей: 0,5-400 тонн.
Плавку на углеродистой шихте для углеродистых конструкционных сталей, Делят на 2 периода: окислительный, восстановительный. После удаления шлака и остатков металла от предыдущей плавки, в печь загружают шихту: стальной лом(90%),чушковый передельный чугун(до 10%), электродный бой или кокс для науглероживания металла и 2-3% извести.
Электроды опускают вниз и включают ток, шихта плавится, металл накапливается на подине печи.
Во время плавления шихты начинается окислительный период плавки: за счет кислорода воздуха, окислов шихты и окалины окисляется кремний, марганец, железо, углерод. Благодаря извести, содержащейся в заправке происходит окисление кальция, образование железистого шлака, которое способствует удалению фосфора из металла.
После нагрева металла и шлака до 1500-1540°С в печь загружают руду и известь. Содержащийся в печи кислород окисляет углерод, способствует кипению жидкого металла, благодаря выделяющимся пузырькам окиси углерода. Кипение металла ускоряет процесс нагревания ванны, ускоряет удаление из металлов газов, неметаллических газов, способствует удалению фосфора. Шлак удаляют, руду и известь добавляют 2-3-раза, в результате содержание фосфора в металле снижается до 0,01 %, содержание углерода снижается также, кипение прекращают и полностью удаляют из печи шлак - этим заканчивается окислительный процесс.
Восстановительный период включает в себя раскисление металла, удаление серы и доведение химического состава до заданного. После удаления окислительного шлака в печь подают фермомарганец, обеспечивающий нужное количество марганца в стали. Затем в печь загружают флюс, состоящий из извести плавикового шпата и шамотного боя. После расплавления флюсов и образования шлака в печь вводят раскислительную смесь, состоящую из извести, плавикового шпата, молотого кокса и ферросилиция. Молотый кокс и ферросилиций вводят в виде порошка постепенно, они медленно протекают через слой шлака, в шлаке восстанавливается закись железа:
FeO+C=Fe+CO;
2FeO+Si=Fe+SiO2 ;
Содержание закиси железа в шлаке снижается и она переходит в шлак. Этот процесс называют диффузионным раскислением стали. Во время восстановительного периода сера удаляется из металла, что объясняется высоким(до 55 – 60 %) содержанием CaO в белом шлаке и низким содержанием FeO(менее 0,5 %), это способствует интенсивному удалению серы из металла:
FeS+CaO=CaS+FeO;
Когда доведено до заданного необходимого химического состава выполняют конечное раскисление стали алюминием или силикокальцием. После этого следует выпуск металла из печи и ковш. Расход электроэнергии для печи емкостью 25 тонн, он составляет 750 кВт*ч, а для печи емкостью 100 тонн – 575 кВт*ч. Расход графитированных электродов составляет 6-9 кг/т выплавленной стали.
Схема электрической дуговой электропечи представлена на рисунке:
Рисунок №3.Электрическая дуговая сварка печи
1 - огнеупорный кирпич; 2 - желоб; 3 - кожух; 4 - металлическая шихта;
5 - стенки; 6 - свод; 7 - гибкие кабеля; 8 - электродержатели;
9 - электроды ; 10 - рабочее окно; 11 - механизм; 12 - подина.