Wprowadzenie do procesu wytwarzania stali w elektrycznym piecu łukowym i kluczowych operacji

Wprowadzenie do procesu wytapiania stali w piecu łukowym i kluczowe operacje

1. Załadunek

Załadunek to początkowa operacja w procesie wytapiania stali w piecu łukowym (EAF), obejmująca załadunek surowców, głównie złomu stalowego, a czasem surówki (stopionego żelaza), do pieca.

2. Formowanie żużla

Operacja ta obejmuje regulację składu, zasadowości, lepkości i reaktywności żużla. Na przykład, podczas natleniania celem jest wytworzenie żużla o wystarczającej płynności i zasadowości, aby skutecznie przenieść tlen na powierzchnię metalu. Ułatwia to redukcję siarki i fosforu do poziomów poniżej określonych limitów dla docelowej gatunku stali, jednocześnie minimalizując rozpryski i rozlewanie żużla.

3. Usuwanie żużla

W zależności od konkretnych warunków i celów wytapiania, usuwanie lub wymiana żużla odbywa się na różnych etapach. Na przykład:

   W przypadku stosowania pojedynczego żużla, żużel utleniający musi zostać usunięty („zeskimowany”) pod koniec okresu utleniania.

   W przypadku stosowania podwójnego żużla w celu utworzenia żużla redukującego, początkowy żużel utleniający musi zostać całkowicie usunięty, aby zapobiec powrotowi fosforu (powrót fosforu z żużla do stopionej stali).

4. Mieszanie kąpieli

Energia jest dostarczana do stopionej kąpieli w celu wywołania ruchu w stopionej stali i żużlu, poprawiając w ten sposób kinetykę reakcji metalurgicznych. Mieszanie można osiągnąć za pomocą kilku metod, w tym wtrysku gazu (np. gazów obojętnych, takich jak Ar lub N₂), metod mechanicznych lub indukcji elektromagnetycznej.

5. Defosforyzacja

Jest to reakcja chemiczna mająca na celu zmniejszenie zawartości fosforu w stopionej stali. Fosfor jest szkodliwą zanieczyszczeniem, ponieważ wysokie poziomy mogą powodować kruchość stali w niskich temperaturach, znaną jako „kruchość na zimno”. Efekt kruchości pogarsza się wraz ze wzrostem zawartości węgla. Standardowe specyfikacje zwykle ograniczają fosfor do maksymalnie 0,045% dla typowych gatunków, z jeszcze bardziej rygorystycznymi limitami dla stali wysokiej jakości.

6. Mieszanie dna EAF

Gazy takie jak N₂, Ar, CO₂, CO, CH₄ lub O₂ są wtryskiwane do stopionej kąpieli przez dysze (dysze) zainstalowane w dnie pieca. Służy to przyspieszeniu topienia i wzmocnieniu reakcji metalurgicznych. Korzyści z mieszania dna obejmują:

   Skrócony czas od wytopu do wytopu i niższe zużycie energii.

   Bardziej efektywną defosforyzację i odsiarczanie.

   Zwiększony odzysk pierwiastków stopowych, takich jak mangan.

   Poprawioną homogenizację składu i temperatury stali, prowadzącą do lepszej jakości, niższych kosztów i wyższej wydajności.

7. Okres topienia

Specyficznie dla operacji EAF, okres topienia rozciąga się od początkowego włączenia zasilania do momentu całkowitego upłynnienia stałego wsadu. Główne cele to szybkie stopienie wsadu, podniesienie jego temperatury i utworzenie wstępnego żużla.

8. Okres utleniania i dekarbonizacja

W konwencjonalnej praktyce EAF, okres utleniania zwykle rozpoczyna się po stopieniu wsadu i rozciąga się do usunięcia żużla utleniającego. Kluczowym zadaniem jest dekarbonizacja, w której tlen reaguje z węglem, tworząc gaz CO. Wystarczająca dekarbonizacja (często >0,2%) jest kluczowa dla oczyszczania stali poprzez usuwanie gazów i wtrąceń. Okres utleniania obejmuje również usuwanie fosforu i homogenizację kąpieli. Wraz z rozwojem metalurgii wtórnej, duża część tego utleniania jest obecnie często przenoszona do kadzi lub oddzielnych jednostek rafinacyjnych.

9. Okres rafinacji

Ten ogólny termin odnosi się do etapów procesu, w których określone szkodliwe pierwiastki lub związki są usuwane ze stopionej stali. Osiąga się to poprzez reakcje chemiczne, które przenoszą je do fazy gazowej lub unoszą je do warstwy żużla w celu usunięcia.

10. Okres redukcji

W konwencjonalnej praktyce EAF, okres redukcji następuje po okresie utleniania i poprzedza wytapianie. Jego głównym celem jest stworzenie redukującej atmosfery żużla dla ostatecznego odtleniania, odsiarczania, precyzyjnej regulacji składu i homogenizacji temperatury. Okres ten jest w dużej mierze eliminowany w nowoczesnych operacjach EAF o dużej i ultrawysokiej mocy, które koncentrują się na szybkim topieniu i przenoszeniu zadań rafinacyjnych do jednostek zewnętrznych.

11. Metalurgia wtórna (rafinacja w kadzi)

Obejmuje to przeniesienie pierwotnej stopionej stali z EAF (lub innego pierwotnego naczynia do wytapiania stali) do oddzielnego naczynia w celu dalszej rafinacji. Proces wytapiania stali jest zatem podzielony na dwa etapy:

   Pierwotne wytapianie: Topienie, początkowa defosforyzacja, dekarbonizacja i zgrubne stopowanie w atmosferze utleniającej.

   Rafinacja: Ostateczne odgazowanie, odtlenianie, odsiarczanie, usuwanie wtrąceń i precyzyjne dostrojenie składu, często w próżni, gazie obojętnym lub atmosferze redukującej.

Ten podział poprawia jakość stali, skraca czas pracy pieca pierwotnego oraz optymalizuje koszty i elastyczność procesu. Metody rafinacji w kadzi różnią się znacznie, klasyfikowane według ciśnienia (atmosferyczne lub próżniowe) i podejścia do obróbki (przetwarzanie w kadzi vs. dedykowana rafinacja w piecu kadziowym).

12. Mieszanie w kadzi

Mieszanie stopionej stali podczas metalurgii wtórnej jest krytyczne. Homogenizuje temperaturę i skład oraz przyspiesza reakcje rafinacyjne poprzez poprawę transportu masy na granicach faz. Reakcje, które mogą trwać 30-60 minut statycznie (np. odsiarczanie), mogą zostać zakończone w 3-5 minut z mieszaniem. Mieszanie również dramatycznie zwiększa szybkość, z jaką niemetaliczne wtrącenia wypływają ze stali.

13. Podawanie drutu do kadzi

Technika ta polega na podawaniu drutów rdzeniowych lub stałych (np. zawierających proszek stopu Ca-Si, aluminium lub węgiel) do kadzi ze stopioną stalą za pomocą podajnika drutu. Umożliwia głębokie odsiarczanie, obróbkę wapniem (w celu kontroli kształtu wtrąceń) oraz precyzyjne mikro-stopowanie lub przycinanie składu. Przyczynia się również do ostatecznego odtleniania i poprawia czystość stali.

Jesteśmy profesjonalnym producentem pieców elektrycznych. W przypadku dalszych pytań lub jeśli potrzebujesz pieców łukowych zanurzeniowych, pieców łukowych elektrycznych, pieców do rafinacji w kadzi lub innego sprzętu do topienia, nie wahaj się skontaktować z nami pod adresem  susan@aeaxa.com