title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Выплавка чугуна в электрических печах

Выплавка чугуна в электрических печах

Выплавка чугуна в электрических печах впервые была осуществлена в 1904 г. Однако это были лишь опытные плавки и начало выплавки чугуна в электродоменных печах в промышленном масштабе следует отнести к 1907—1908 гг.
Первые электродоменные печи (рис. 287) имели сравнительно высокую шахту и в качестве восстановителя расходовали только древесный уголь. Производительность этих печей была очень невелика, не более 5—10 т/сутки.
Расход восстановителя (древесного угля) на 1 г чугуна составлял 380—420 кг, электроэнергии — не менее 2100—2400 квт*ч, электродов 5—10 кг.

В связи с высоким расходом электроэнергии выплавка чугуна в электропечах оказалась нерентабельной для большинства металлургических районов. Лишь в таких странах, как Швеция, Норвегия, Италия, располагающих дешевой гидроэлектроэнергией, и, с другой стороны, не имеющих своего кокса, электродоменное производство оказывалось более или менее рентабельным и постепенно развивалось.
Опыт работы показал, что резкое уменьшение количества газов в связи с малым расходом горючего (только на восстановление) делает ненужным наличие высокой шахты. В связи с этим постепенно стали отказываться от высокошахтных электродоменных печей. Первая низкошахтная электродоменная печь была построена на заводе Домнарвет в 1913 г., однако еще долго после этого высокошахтные печи находили себе применение.
В настоящее время строятся только бесшахтные печи. Наибольшее распространение получила печь системы Тисланд-Г'ауль.



Вертикальный разрез электропечи этой системы (постройки 1942—1943 гг.) мощностью 7500 ква с суточной производительностью 50 т представлен на рис. 288. На рис. 289 и 290 показан план электрочугуноплавильного цеха и вертикальный разрез плавильного отделения. Как видно из рисунков, электродоменная печь мало чем отличается от обычной электропечи для получения ферросплавов.
Печное здание состоит из четырех этажей. Железобетонный фундамент с каналами для воздушного охлаждения подины выступает на 2,05 м над уровнем заводского пола (первый этаж). На фундаменте установлена печь круглого сечения (раньше строились печи прямоугольного или овального сечения), выложенная в плоскодонном стальном сварном кожухе диаметром 8,2 м и высотой 4,8 м. Огнеупорная футеровка печи состоит из трех слоев: наружного — шамотного, среднего — магнезитового и внутреннего — из углеродистой набойки. Для выпуска металла на уровне подины устроена летка, выше нее на 0,3 м сбоку имеется отверстие для выпуска шлака.
Свод печи — полуполвесного типа — выполнен из шамотного кирпича и выложен в охлаждаемой водой стальной арматуре. В своде имеются отверстия для трех электродов и несколько отверстий, расположенных между электродами для загрузочных рукавов, по которым подается шихта.
Электроды, применяются набивные, самоспекающиеся, диаметром 813 мм; средняя высота электрода 15,5 м, наибольший ход 1,5 м.
Газ из печи отбирается через два круглых отверстия диаметром 460 мм, расположенных в стенках печи у свода. Отходящий газ подвергается очистке в двух газоочистных установках. Газ обычно используется на заводе в качестве топлива; в случае необходимости газ может быть выпущен в атмосферу через две дымовые трубы.
Поступающие в цех шихтовые материалы (в данном случае руда, пиритные огарки, мартеновский и сварочный шлак, окалина, известняк, восстановитель — кокс) перегружаются при помощи мостового грейферного крана в бункеры, откуда вагонетками, толкаемыми вручную, подаются на весы и затем в бадью грейферного типа. После заполнения бадья поднимается тельфером, который по монорельсу доставляет ее к воронкам загрузочных рукавов, расположенным на полу верхней площадки (4 этаж), служащей вместе с тем и для набивки электродов.
Литейное отделение обслуживается мостовым 10-т краном, снабженным 1,5-т магнитным краном для уборки чугуна и 5-г грейфером для выгрузки гранулированного шлака из бассейна.

Для питания печи энергией имеется специальная воздушная трехфазная линия. Первичное напряжение печного трансформатора 45000 в ±10%, вторичное напряжение может быть выбрано в пределах 80—250 в. Максимальная сила тока низкого напряжения—фазовая 21700 а, в электроде 37500 а.
Как указывалось выше, суточная производительность печи всего 50 т, однако существуют и более мощные печи системы Тисланд-Гауль, как показывают следующие данные:

Технико-экономические показатели работы печей системы Тисланд-Гауль представлены в табл. 79.
Из приведенных данных видно, что расход кокса колеблется от 380 до 405 кг, а расход электроэнергии от 2300 до 3000 квт*ч. Состав чугуна почти не отличается от состава обычного доменного; в шлаке содержится пониженное количество кремнекислоты и повышенное количество глинозема, однако такие шлаки иногда получаются и в обычных доменных печах.
О составе колошникового газа в низкошахтных электродоменных печах можно судить по данным табл. 80. где для сопоставления приведена характеристика колошникового газа высокошахтнсй электродоменной печи, а также обычной доменной печи.

Как показывают приведенные данные, характерной особенностью колошникового газа электродоменных печей является высокое содержание в нем окиси углерода и практически полное отсутствие азота; последнее будет вполне понятно, если вспомнить, что воздух, вносящий азот, в электродоменную печь не поступает и лишь незначительное количество его может засасываться через неплотности
Высокое содержание окиси углерода в газах, превышающее содержание углекислоты в 4—5 раз, является следствием того, что в электродоменных печах восстановление окислов железа притекает в основном прямым путем, т. е. за счет твердого углерода. Следует иметь в виду, что усиленное развитие прямого восстановления в электродоменной печи ее является таким недостатком. как в обычной доменной печи, по той причине, что низкое использование тепловой энергии углерода, вызываемое прямым восстановлением, в данном случае не имеет значения, поскольку тепло в электродоменной печи развивается за счет электроэнергии. Это не значит, конечно, что в электродоменной печи нужно стремиться к тому, чтобы весь кислород руды отбирался только за счет прямого восстановления. He говоря уже о том, что этого нельзя достигнуть ввиду весьма легкой восстановимости Fe2O3, при восстановлении железа из Fe2O3 только прямым путем потребуется больше углерода, чем в том случае, если наряду с прямым восстановлением часть кислорода будет отбираться и за счет косвенного восстановления. Это показывает нижеследующий расчет.
Принимая содержание железа в одной тонне чугуна 931 кг, получим необходимый расход безводной окиси железа:
Выплавка чугуна в электрических печах

Общее количество кислорода в 1330 кг безводной окиси железа составит 1330 — 931 = 399 кг.
Количество кислорода при степени окисления железа до Fe3O4 составит:

При восстановлении исключительно прямым путем потребуется израсходовать углерода

(из реакции 2С+О2 = 2СО видно, что на 16 кг кислорода расходуется 12 кг углерода).
Принимая соотношение в газах CO:CO2 = 4,82 и подбирая, сколько кислорода должно быть отнято прямым восстановлением и сколько косвенным путем для обеспечения указанного соотношения CO : CO2 в газах, получим, что состав газа 17,1% CO2 и 82,9% CO будет достигнут в том случае, если 59 кг кислорода отнимается в результате косвенного восстановления и 399 — 59 = 340 кг в результате прямого.
Действительно, 340 кг кислорода, соединяясь с углеродом, образуют

59 кг кислорода, реагируя с окисью углерода, образуют углекислоты:

На образование указанного количества углекислоты будет затрачен такой же объем окиси углерода. Таким образом, в газе будет

Расход углерода в этом случае составит:

Таким образом, экономия углерода за счет развития косвенного восстановления составит 299 — 255 = 44 кг.
При дальнейшем развитии косвенного восстановления расход углерода на восстановление можно было бы еще несколько уменьшить. Однако в условиях электродоменной печи практически трудно достигнуть значительного развития косвенного восстановления из-за малой высоты зоны умеренных температур. Малое количество газов и их низкое давление в электродоменной печи тоже способствует понижению степени косвенного восстановления. Для устранения этого недостатка в электродоменных печах иногда применяется рециркуляция колошниковых газов.
Оценивая преимущества и недостатки электродоменной плавки и перспективы ее развития, необходимо отметить следующее.
К выгодам электродоменной плавки относятся:
1. Отсутствие высокой шахты, что позволяет применять в качестве восстановителя кокс, не пригодный для обычных доменных печей ввиду недостаточной механической прочности. Это дает возможность применять для получения кокса низкосортные угли и тем самым расширить ресурсы углей, идущих для выплавки чугуна.
2. Получение тепла за счет электроэнергии, что дает большую экономию горючего, составляющую около 50% от обычного его расхода при доменной плавке; как следствие этого, уменьшается расход флюса и выход шлака.
3. Резкое уменьшение расхода горючего, обычно вносящего в печь наибольшее, по сравнению с другими составляющими шихты, количество серы, облегчает условия получения малосернистых чугунов; с другой стороны, становится возможным с выгодой вводить в шихту материалы с повышенным содержанием серы (например, пиритные огарки).
4. В связи с ненадобностью при электродоменной плавке воздуходувных машин, воздухонагревателей и воздухопроводов стоимость сооружения электропечи (без учета стоимости сооружения электростанции), отнесенная к тонне чугуна, ниже, чем стоимость сооружения доменной печи.
Первоначально к преимуществам Электродоменной плавки относили также возможность работать на неподготовленных сырых материалах. Однако опыт работы показал, что применение неподготовленных материалов (большое содержание мелочи при наличии очень крупных кусков, нерассортированных по крупности, с переменным химическим составом и т. д.) значительно снижает технико-экономические показатели также и при электродоменной плавке.
К недостаткам электродоменной плавки относятся: невысокая производительность и необходимость расходовать большое количество электроэнергии.
Как указывалось выше, максимальная суточная производительность существующих электродоменных печей не превышает 125 т, что при современных масштабах производства является очень малой величиной. Однако отсутствие более мощных электродоменных печей объясняется не технической невозможностью создания таких агрегатов, а лишь тем, что решению этой задачи не было еще уделено достаточно внимания.
Как уже говорилось, электродоменное производство существует лишь в странах со слабо развитой металлургией, для которых, во-первых, мощные высокопроизводительные агрегаты не требуются, а во-вторых, большие капитальные затраты, потребные на сооружение мощных высокопроизводительных электродоменных печей, в условиях капиталистического строя являются непосильными.
Высокий удельный расход электроэнергии делает при современных условиях нерентабельным для подавляющего большинства металлургических районов выплавку чугуна в электродоменных печах.
В разное время предлагались различные соотношения между стоимостью горючего и электроэнергии для определения условий рентабельного применения электродоменной плавки. Так, одно время считалось, что электродоменная плавка будет рентабельна в том случае, если 1 квт*ч электроэнергии будет стоить в четыре раза дешевле 1 кг горючего.
Из-за отсутствия достаточных данных мы не имеем возможности вдаваться в оценку различных критериев для определения рентабельности электродоменной плавки, предлагавшихся в зарубежной литературе. Следует сказать лишь, что условия применения электродоменной плавки в капиталистических странах вообще и тем более в малых, не могут ни в какой степени сравниваться с условиями, которые имеются в России. Гигантские масштабы нашей социалистической индустрии дают возможность разрешить вопрос о применении электродоменной плавки совсем иначе, чем он решается в капиталистических странах.
То обстоятельство, что в России электродоменная плавка до сих пор еще не применяется в промышленных масштабах, объясняется тем, что напряженность баланса электроэнергии не позволяет пока расходовать столь ценный вид энергии на получение такой дешевой и массовой продукции, как чугун, тем более, что до сих пор производство чугуна в обычных доменных печах ничем не лимитировалось. Ho, несомненно, в ближайшем будущем, когда встанет вопрос о развитии металлургии в новых районах, где отсутствуют запасы коксующихся углей, а, с другой стороны, выработка электроэнергии резко возрастет после завершения строительства гигантских электростанций, электродоменная плавка получит в России широкое применение.

title-icon Подобные новости