Succesul următoarei topiri depinde în mare măsură de căptușirea rapidă și în același timp calitativă a cuptorului și de încărcarea încărcăturii. În acest caz, căldura acumulată de căptușeala cuptorului este utilizată rațional pentru a încălzi încărcătura, ceea ce contribuie la scurtarea perioadei de topire.
Pregătirea topirii viitoare se realizează în timpul perioadei următoare topirii, înainte de eliberarea acesteia în cazanul de oțel. Această activitate include:
- calcularea încărcăturii pentru un anumit tip de oțel
- cântărirea exactă a componentelor încărcăturii;
- încărcarea acestora în coș sau în muldes;
- verificarea disponibilității și a capacității de funcționare a uneltelor și mașinilor pentru curățarea și alimentarea căptușelii cuptorului;
- livrarea materialelor refractare de alimentare cu combustibil;
- dozarea feroaliajelor și a deoxidanților necesari;
- furnizarea de electrozi grafitați și de nipluri pentru înșurubarea acestora și alte operațiuni.
O listă a materialelor care urmează să fie stivuite cu cantitățile lor în greutate, determinate în funcție de clasa oțelului care urmează să fie topit, se numește pregătirea încărcăturii de încărcare a procesului de topire. Aceasta se obține prin calcul, ținând cont de compoziția materialelor de încărcare și de particularitățile instrucțiunilor tehnologice.
Oțelul în cuptoarele cu arc este topit pe încărcătură proaspătă cu oxidarea impurităților cu minereu de fier (sinter) sau oxigen, topirea deșeurilor aliate fără oxidare și topirea cu oxidarea metalului cu oxigen. Pentru topirea pe încărcătură proaspătă cu oxidare a impurităților cu minereu de fier (sinter) sau oxigen gazos („cu balot”), conținutul de carbon din încărcătură trebuie să fie astfel încât fierberea intensivă a băii la debitul corespunzător de minereu de fier (sinter) sau oxigen să creeze condiții pentru eliminarea fosforului, oxigenului și sulfului din metal. Conținutul de siliciu din metal după topirea completă nu trebuie să depășească 0,3%. Dacă concentrația sa este mai mare, fierberea este întârziată și durata de topire crește. Conținutul de fosfor din încărcătură nu trebuie să depășească 0,06%, iar conținutul de crom din metal înainte de oxidare trebuie să fie minim.
Atunci când se efectuează topirea prin retopire fără oxidare, se ia în considerare faptul că pierderea de elemente de aliere (siliciu, mangan, crom, aluminiu, titan etc.) în procesul de topire a încărcăturii nu este aceeași. Adăugarea de fier moale în încărcătură (10-30% din masa totală) permite ca, după topirea încărcăturii, conținutul de carbon în metal să fie cu 0,05-0,10% mai mic decât limita inferioară a conținutului său pentru acest tip de oțel. Concentrația de fosfor în metalul lichid nu trebuie să depășească 0,020-0,025%.
La retopirea deșeurilor aliate cu utilizarea oxigenului, conținutul estimat de crom în încărcătură nu trebuie să depășească 13%, altfel se deteriorează condițiile de decarburare a metalului. Pentru dezvoltarea reacțiilor oxidative cu degajare de căldură și accelerarea topirii coliviei solide conținutul de siliciu în metal înainte de suflarea oxigenului se menține în intervalul 0,70-1,10%.
Pentru reducerea pierderilor de crom, mangan, wolfram, vanadiu și alte elemente se mărește conținutul de carbon din încărcătură (prin utilizarea ferocromului cu conținut ridicat de carbon), nu se utilizează fier moale, iar după oxidarea în baie cu oxigen se tratează zgura cu agenți dezoxidanți.
Conținutul de fosfor în oțelurile înalt aliate nu trebuie să depășească 0,030%. O condiție prealabilă pentru pregătirea încărcăturii este cunoașterea compoziției chimice a componentelor încărcăturii, precum și a ratelor de consum ale materialelor (deșeuri aliate, feroaliaje, fier moale, fontă brută, deșeuri etc.).
Cea mai importantă operațiune de pregătire a încărcăturii pentru topire este cântărirea exactă a componentelor acesteia. Cântărirea incorectă a materialelor de încărcare este unul dintre principalele motive pentru care topirea nu respectă analiza chimică necesară pentru clasa de calitate.
Utilizarea deșeurilor amestecate în încărcătură este o încălcare gravă a instrucțiunilor tehnologice, deoarece poate duce la un defect al analizei chimice.
Toate feroaliajele care intră în oțelăria electrică trebuie să fie supuse unui control la intrare pentru a se verifica dacă calitatea și compoziția lor chimică sunt conforme cu GOST și TU (specificațiile tehnice). La calcularea sarcinii de încărcare se ia în considerare monoxidul de carbon al elementelor în timpul perioadei de topire. Practic pentru elemente aceasta constituie, %: Mn ≤ 30, Si ≤ 70, Cg ≤ 15, W≤ 7, V ≤ 20, Mo ≤ 5.
Este necesar să se finalizeze pregătirea încărcăturii, a feroaliajelor, a materialelor refractare de alimentare cu combustibil și a uneltelor necesare cu cel puțin o oră înainte de eliberarea topiturii anterioare.
După topire, cuptorul este așezat în poziție normală și căptușeala fundului, pantelor și pereților este inspectată cu atenție prin fereastra de lucru. În cazul unei deschideri de evacuare bine tăiate și al unei stări normale a pantei de scurgere, metalul și zgura părăsesc cuptorul complet fără reziduuri, astfel încât nu este necesară curățarea căptușelii de reziduurile de zgură și metal, în special în cazul cuptoarelor mari.
Atunci când metalul este evacuat fără zgură, aceasta din urmă este tăiată fie prin înclinarea rapidă a cuptorului spre jgheab, fie prin evacuarea metalului printr-o deschidere de tip „ceainic”, fie prin intermediul unei porți glisante încorporate în jgheabul de evacuare (jgheab cu fereastră), fie în deschiderea de evacuare a fundului (evacuare de jos).
Zgura și o parte din metalul rămas pe fund („mlaștină”) facilitează încălzirea metalului de încărcare pentru o nouă topire și contribuie la scurtarea duratei de topire a cuvei. După o serie de topiri, metalul și zgura din cuptor sunt eliberate complet în cuva de oțel, iar căptușeala fundului și a pantelor sunt umplute complet cu materiale refractare.
Umplerea căptușelii cuptorului este una dintre cele mai importante operațiuni care determină desfășurarea normală a procesului tehnologic de fabricare a oțelului.
În timpul procesului de topire, metalul încălzit la temperatură ridicată și zgura activă chimic, în mișcare lichidă, distrug căptușeala cuptorului. Pantele cuptorului (la nivelul zgurii) sunt uzate în special de zgura cu un conținut ridicat de siliciu.
Încărcarea cu bulgări grei a jgheabului de la o înălțime mare, fără straturi inferioare protectoare de încărcătură fină, duce la deteriorarea fundului și la formarea de neregularități, gropi și fisuri pe acesta. Distribuția necorespunzătoare a încărcăturii în spațiul de topire este însoțită de trecerea rapidă a electrozilor la fund și supraîncălzirea unor cantități mici de metal la o temperatură care depășește capacitatea de refractare a magnezitei.
Reziduurile de zgură și metal din gropile formate pe fund sunt îndepărtate prin vâslire sau suflate cu oxigen.
Umplerea fundului și a pantelor se realizează cu magnezită fină (>90% Mg0) sau cu un amestec de magnezită și dolomită în căptușeala cuptorului nerăcit. În acest caz, se utilizează mașini de umplere, care aruncă materialul pe zonele deteriorate ale căptușelii prin aer comprimat, bandă transportoare sau disc rotativ. Sistemele mecanizate permit modificarea traiectoriei și a vitezei de alimentare cu material, precum și a unghiului de aruncare a acestuia pe verticală și pe orizontală.
De regulă, pentru umplere se utilizează pulbere de magnezită uscată. În cazul deteriorării semnificative a căptușelii, se utilizează pulbere umezită cu sticlă lichidă sau smoală. La unele întreprinderi, fundul și pantele cuptoarelor de topire a oțelurilor cu conținut ridicat de crom sunt umplute cu un amestec de pulbere de magnezită, dolomită și minereu de crom în raport de 2:1:1.
Pentru aruncarea pulberilor și a maselor refractare umezite pe căptușeala peretelui frontal al cuptorului, pe pante și în alte zone, se utilizează cu succes o mașină de tip curea. Mașina este alcătuită din buncăruri, role de antrenare, poartă, motor, cutie de viteze și curea fără sfârșit. Specificațiile sale tehnice sunt:
- dimensiunea curelei — lățimea 225 mm, lungimea 3000 ± (30- 45) mm;
- viteza de deplasare 9-15 m/s;
- puterea motorului de acționare a curelei 6 kW;
- unghiul de direcție al materialului la descărcarea benzii 9-30°;
- greutatea totală a mașinii 4 tone.
Mașina, preumplută cu magnezită, este alimentată și instalată cu ajutorul macaralei împotriva ferestrei de lucru și se trece la umplerea căptușelii. După umplere, cuptorul este încărcat cu încărcătură de sus, din fascicule flexibile sau de tip „clamshell”. Metodele manuale și muldoy de încărcare a cuptoarelor cu arc cu metal de încărcare necesită multă forță de muncă și nu sunt practic utilizate.
Topirea rapidă a încărcăturii încărcate în cuptor se realizează cu un raport rațional al deșeurilor în funcție de dimensiune și cu plasarea suficient de densă a deșeurilor în spațiul de lucru. De obicei, pentru cuptoarele de capacitate mare, se utilizează 15 % de deșeuri fine, 40 % de deșeuri grosiere și 45 % de deșeuri medii.
Încărcătura se introduce în cuptor sau într-o găleată în următoarea ordine. Pe partea de jos se stivuiesc finele pentru a o proteja de impactul cu piesele mari. Carburatorul (dacă este necesar) este așezat pe acesta, apoi sub electrozi — încărcătura grosieră; mai aproape de pante și pe deșeurile grosiere se încarcă deșeurile medii, iar chiar deasupra — a doua jumătate din fine și fonta brută.
Nichelul, ferocromul, ferromolibdenul și alte materiale de aliere nu sunt plasate sub electrozi (în centrul cuptorului) pentru a reduce monoxidul de carbon. Stivuirea densă a încărcăturii metalice asigură un schimb mai bun de căldură între piesele din zona de topire, o ardere mai stabilă a arcului și o sedimentare uniformă a încărcăturii netopite, fără colaps și fără ruperea electrozilor. Pentru a combina topirea încărcăturii cu oxidarea impurităților din grămadă, se adaugă minereu de fier (sinter) și var în cantitate de 10-15 kg / tonă.
La încărcarea întregii încărcături în cuptor nu poate fi pusă în găleată, astfel încât aceasta se stivuiește, de regulă, în două etape. După topirea parțială a primei porțiuni, încărcătura este încărcată din a doua găleată. În acest caz, minereul și varul sunt adăugate în cuptor înainte de stivuire.
În cazul încărcării mullionului, piesele de încărcare nu trebuie să împiedice deplasarea mullionului prin fereastra de lucru. Bucățile de încărcătură din cuptor nu trebuie să împiedice închiderea bolții la încărcarea găleții.
Pentru a scurta perioada de încărcare a cuptorului de sus și pentru a reduce pierderile de căldură, găleata cu încărcătură este introdusă cu macaraua în unitate înainte de deschiderea seifului. După finalizarea stivuirii încărcăturii, înainte de pornirea curentului, se verifică starea electrozilor și prin ridicarea suporturilor de electrozi în poziția superioară, cu electrozii fixați pe încărcătură. Dacă este necesar, electrozii sunt construiți cu ajutorul unei macarale și al unui dispozitiv special pe cuptor sau pe mașină pentru înfășurarea electrozilor.
Înainte de pornire, cuptorul este inspectat și verificat:
- temperatura apei reziduale;
- etanșeitatea prinderii electrozilor în suporturile de electrozi;
- operabilitatea căii de descărcare a gazelor;
- starea garniturilor de etanșare a electrozilor;
- absența corpurilor străine pe boltă și pe conductele de curent;
- funcționarea mecanismelor individuale și a instrumentelor de control și măsurare.
