Metode de intensificare a topirii într-un cuptor cu arc pentru producerea oțelului

De la apariția cuptoarelor cu arc, metalurgiștii s-au străduit să intensifice procesul de producție a oțelului electric. Inițial, intensificarea topitoriei electrice s-a realizat numai prin creșterea treptată (din cauza capacităților tehnice limitate) a capacității transformatoarelor cuptoarelor pentru a reduce timpul de topire a încărcăturii și prin îmbunătățirea proiectării cuptoarelor cu arc, precum și a mecanismelor de susținere a funcționării cuptoarelor, pentru a reduce durata perioadelor de topire „fără stoc” (trecerea la încărcarea încărcăturii cu cazane etc.). Apariția oxigenului gazos în întreprinderile metalurgice la mijlocul secolului XX a permis intensificarea procesului de oxidare a carbonului și reducerea duratei perioadei de oxidare a topiturii. De asemenea, s-a încercat reducerea duratei de topire a încărcăturii, folosind oxigen gazos pentru tăierea bucăților de încărcătură care se topeau lent. Rezultatele cercetării științifice și de producție au permis intensificarea semnificativă a topitoriei electrice a oțelului prin îmbunătățirea și raționalizarea tehnologiei de rafinare a metalului de oxigen, sulf și alte impurități (aplicarea pe scară largă a deoxidării prin precipitare, reducerea perioadei de reducere, trecerea la rafinarea metalului în afara cuptorului).

Progresele în dezvoltarea ingineriei electrice, a ingineriei mecanice, a producției de electrozi și refractare au depășit cu mult intensificarea topirii electrice a oțelului datorită utilizării pe scară largă a cuptoarelor cu arc de mare putere și a tehnologiei moderne de topire electrică dezvoltate pentru astfel de cuptoare începând cu ultimul sfert al secolului XX. Puterea specifică a instalațiilor de furnale continuă să crească, se îmbunătățește proiectarea cuptoarelor cu arc și a modurilor electrice de topire, se îmbunătățește calitatea materialelor refractare și a electrozilor utilizați, se reduce durata de topire, dar problema intensificării în continuare a producției electrice de oțel rămâne încă relevantă și nu este eliminată de pe ordinea de zi. Motivele pentru aceasta:

1. În dorința de a maximiza productivitatea cuptoarelor și producția de oțel cu cheltuieli de capital suplimentare relativ mici;
2. necesitatea de a reduce sarcinile termice prin iradierea de arcuri electrice puternice pe căptușeala cuptorului prin utilizarea surselor de energie „alternativă”;
3. necesitatea de a reduce consumul de energie electrică pentru topire prin utilizarea energiei „alternative” și reducerea pierderilor de căldură ale cuptorului prin reducerea duratei de topire;
4. necesitatea de a reduce consumul de electrozi grafitați scumpi de înaltă calitate datorită reducerii consumului de energie.

În producția modernă de oțel electric sunt utilizate pe scară largă diverse metode de intensificare a procesului de topire, de obicei aplicându-le în mod integrat. Iată care sunt principalele metode de intensificare a topiturii într-un cuptor modern cu arc:

1. utilizarea arzătoarelor combustibil-oxigen pentru încălzirea deșeurilor în cuptor și accelerarea topirii acestora;
2. oxidarea carbonului, introdus suplimentar în cuptor, de către oxigenul gazos pentru a crește câștigul de căldură din reacțiile exotermice de oxidare a componentelor încărcăturii;
3. oxidarea unei părți din fierul de încărcare cu oxigen gazos pentru a crește aportul de căldură din reacțiile exotermice de oxidare a componentelor de încărcare și pentru a accelera formarea zgurii oxidante de bază;
4. utilizarea unui tuyere special pentru postcombustia CO în spațiul de lucru al cuptorului în CO2 pentru a crește aportul de căldură din oxidarea carbonului;
5. aplicarea de oxigen gazos pentru oxidarea accelerată a cantității excesive de carbon metalic în timpul perioadei oxidative a topirii
6. utilizarea purjării de fond sau profunde a topiturii cu oxigen sau, mai des, cu gaz inert pentru a accelera topirea și încălzirea, precum și pentru a reduce monoxidul de carbon metalic datorită unei mai bune amestecări a topiturii;
7. utilizarea fontei lichide în încărcătură pentru a accelera topirea deșeurilor în detrimentul căldurii fizice a fontei și a căldurii suplimentare provenite din reacțiile exoterme de oxidare a impurităților
8. utilizarea căldurii fizice a gazelor de eșapament ale cuptorului pentru încălzirea fierului vechi;
9. aplicarea unei serii de măsuri pur tehnologice pentru accelerarea topirii încărcăturii și a încălzirii metalului: lucrul în „mlaștină”, utilizarea zgurii spumoase etc..;
10. utilizarea de încărcături special pregătite (deșeuri mărunțite).

Oportunitatea aplicării unor metode specifice de intensificare a topirii în cuptorul siderurgic cu arc ar trebui să fie determinată pentru condițiile specifice ale unei anumite întreprinderi, ținând seama de parametrii economici (investiție de capital suplimentară, prețul materialelor de încărcare, al energiei electrice, al gazului etc.), operaționali (durabilitatea căptușelii, consumul de electrozi, randamentul metalului finit etc.), tehnologici (calitatea metalului, confortul aplicării) și energetici ai procesului aplicat.

Este necesar să se ia în considerare faptul că, în majoritatea cazurilor, diferitele metode de intensificare a topitoriei cresc cantitatea de gaze de furnal generate, cu o creștere a cantității de praf transportat de gaze în afara furnalului. Acest lucru necesită costuri ridicate pentru captarea și purificarea gazelor de furnal.

Metodele de pregătire a deșeurilor metalice pentru topire și măsurile tehnologice speciale, care contribuie la accelerarea topirii încărcăturii și a încălzirii metalului lichid, sunt descrise în detaliu în capitolele relevante ale prezentei monografii. Celelalte metode menționate mai sus de intensificare a procesului de topire electrică a oțelului pot fi rezumate după cum urmează:

1. utilizarea oxigenului gazos pentru oxidarea componentelor încărcăturii sau a combustibilului (cocs, cărbune, gaze naturale etc.) introdus în mod special în spațiul de lucru al cuptorului pentru a obține energie suplimentară care să accelereze încălzirea și topirea metalului și să scurteze perioada de oxidare a topirii;
2. utilizarea încărcăturii încălzite (deșeuri încălzite de gazele de eșapament ale cuptorului sau fontă lichidă) pentru a accelera topirea încărcăturii datorită căldurii fizice a încărcăturii introduse în spațiul de lucru;
3. intensificarea proceselor care au loc în spațiul de lucru al cuptorului prin purjarea inferioară sau profundă a topiturii metalice cu gaze inerte sau oxigen.