2. Электронно-лучевые печи

ЭЛП являются агрегатами электронно-лучевого рафинирующего переплава, предназначенного для получения тугоплавких металлов и их сплавов (W, Ta, Nb, Mo) высокого качества, изделия из которых могут работать при сверхвысоких температурах, давлениях, агрессивных средах и нагрузках.

Принцип превращения электрической энергии в тепловую заключается в следующем. Пучок электронов, движущийся с огромной скоростью (до 150000 км/с), останавливается расходуемым электродом, и Е_кин =mV²/ 2 превращается в тепло, которое образует пленку, а затем каплю жидкого металла, движущуюся в глубоком вакууме. Глубина проникновения пучка электронов определяется формулой Шонланда, м:

(2.1‑11)

где U_р –разгоняющее напряжение, равное 4-45 кВ;

 –плотность переплавляемого металла электрода, кг/м³.

При большем напряжении возникает опасное рентгеновское излучение.

Глубина проникновения “” = 0,005 мм, т.е. образуется очень большая реакционная поверхность, способствующая рафинированию металла от газов [H], [N], [О], [HB]; цветных примесей, больше на порядок против ВДП, что компенсирует низкие технико-экономические показатели.

G_{плавления} = 0,05 – 0,1 – 1,0 кг/мин;

Вольфрам Берилий сталь

W_уд = 1000 – 2000 кВтчт ;_эл 0,5 – 0,6;_т = 0,1 – 0,15.

Главной частью ЭЛП являются электронные пушки: кольцевые, радиальные, аксиальные, в которых создается электронный пучок указанных выше параметров, фокусируется электромагнитным устройством и направляется на переплавляемый материал (электрод). Средства рафиниро-вания: глубокий вакуум (110^-5–10^-8) мм рт.ст., высокая температура, направленная кристаллизация.

2. Особенности устройства и технологии в сверхмощных дуговых печах

Эти электросталеплавильные агрегаты предназначены для производства углеродистых, низколегированных сталей в больших масштабах с использованием современных методов внепечной обработки и непрерывной разливки стали. В таких печах усложняется возможность протекания физико-химических процессов окислительно-восстановительных реакций, вследствие малой удельной реакционной поверхности металл – шлак

м²/т.

Поэтому необходимо обеспечить интенсивное перемешивание металла и шлака.

Исходя из необходимости более полно использовать мощность трансформатора, функции сверхмощной печи (500…1000 КВА/т) сводятся к быстрому и экономичному расплавлению шихты с минимальным расходом электроэнергии, окислению примесей ([C], [Р]) и нагреву металла. Для сверхмощных печей важное значение приобретает сокращение длительности вспомогательных операций – очистка, заправка, загрузка шихты, выпуск металла и т. д. [1, 2].

Длительность плавки в сверхмощных печах значительно меньше, чем на печах с классической технологией и составляет 1,0…1,5 часа. С целью снижения расхода электроэнергии в период плавления используются альтернативные источники тепла – газо-кислородные горелки сводовые, стеновые, кислородные фурмы сводовые с СН₄, СО₂,N₂и стеновые. При этом расход электроэнергии снижается до 250 квтч/т. В этом же направлении действует подогрев лома перед завалкой отходящими газами до температуры 600…800С.

Обычно износ футеровки подины и откосов в сверхмощных печах меньше, чем в печах, работающих по классической технологии, что обусловлено значительным сокращением плавки. Этому способствует работа «на болоте», т. е. оставление в печи после выпуска плавки 10…12 % металла и шлака. Такие печи оборудованы эркерным или сифонным устройством для слива металла. В этом случае полный выпуск производится через 6…10 плавок или один раз в неделю.

Преимущества очевидны: сокращение вспомогательных операций, расхода шлакообразующих, электроэнергии, огнеупоров, физического труда. Создаются оптимальные условия для раннего образования известково-железистого шлака и максимально возможного удаления фосфора к концу плавления до ≤ 0,01…0,015 %. Вспенивание шлака за счет кислорода и порошка кокса позволяет в период плавления работать с использованием максимальной мощности трансформатора без ущерба для стойкости футеровки стен и свода, 70…80 % площади поверхности которых водоохлаждаемые. Для вспенивания шлака порошок кокса вводят под слой шлака, окисление углерода идет непосредственно в шлаке, пузырьки СО не успевают укрупниться и шлак насыщается большим количеством мелких пузырьков газа, образуя устойчивую пену, которая экранирует футеровку от теплового излучения дуг.

Быстрое и раннее шлакообразование, увеличение количества шлака до (5…7 %) Gметалла, вспенивание в конце периода плавления при достаточном расходе окислителей способствует быстрой и достаточно полной дефосфорации металла [12].

Восстановительный период, т. е. рафинирование и доводка до заданного химического состава и температуры стали, осуществляется в агрегатах внепечной обработки, набор которых в цехе определяется сортаментом выплавляемой стали, требованием к ее качеству, видом используемых шихтовых материалов. Подготовка металла в печи для того или иного вида внепечной обработки заключается в нагреве до определенной температуры, уточнении состава полупродукта и отсечки окислительного шлака при сливе металла в ковш. Быстрый нагрев металла обеспечивает продувка расплава газообразным кислородом, топливно-кислородными горелками. Полную отсечку окислительного шлака при выпуске (время выпуска = 2…3 мин) обеспечивают донный, эркерный и сифонный слив плавки из печи.