Для повышения эффективности работы сверхмощной дуговой сталеплавильной печи необходимо организовать соответствующую подготовку стального лома для плавки. В отечественных условиях переработка лома и отходов черных металлов осуществляется как специализированными предприятиями Вторчермета, так и металлургическими, машиностроительными и другими предприятиями. На заводах Вторчермета, являющихся основными поставщиками переработанного амортизационного лома, применяют следующие методы его переработки: пакетирование, ножничную резку, копровую разбивку, брикетирование стружки, дробление стружки, переплав стружки. Наибольшее распространение на отечественных заводах получил метод пакетирования лома: по данным ~50 % всей механизированной переработки лома.
Пакетированию подвергают габаритные и негабаритные легковесные лом и отходы металла с толщиной до 6 мм, а также стружку, вводимую в качестве добавки в пакеты (20-25% общей массы). При пакетировании из лома и отходов с насыпной плотностью 0,2-0,4 т/м3 можно получать пакеты плотностью до 2,5 т/м3. Применение пакетированного лома существенно повышает производительность мартеновских печей, загружаемых мульдами через рабочее окно. Применение пакетов из лома в дугозых печах, загружаемых сверху завалочной бадьей, не дает особых преимуществ. Имеются сведения об увеличении числа поломок электродов при работе дуговой печи на пакетах. Существенным недостатком метода пакетирования является невозможность удаления из готового пакета примесей меди, алюминия или легированных сталей. В пакеты неизбежно попадают примеси земли, дерева, ветоши.
Более эффективной для улучшения качества готовой продукции является переработка стального лома при помощи ножничной резки.
Амортизационный лом имеет обычно небольшую насыпную плотность (0,8-1,0 т/м3), сильно загрязнен всевозможными примесями (цветные металлы, пластмассы, резина, мусор), химический состав его, как правило, неизвестен. Амортизационный лом отличается повышенным содержанием серы и меди. Для рационального использования требуется специальная подготовка такого лома. Лом машиностроительных предприятий в значительной степени перерабатывается в литейных цехах этих предприятий, но часть его попадает и на металлургические заводы. Качество такого лома также невысоко: металлическая стружка загрязнена масляной эмульсией, химический состав лома, как правило, неизвестен. Для рационального использования в сверхмощных дуговых печах такого лома также требуется специальная подготовка лома (брикетирование стружки и т.д.).
Металлизованное сырье является очень чистым, высококачественным материалом. Постепенно растет производство электростали на таком сырье. Вопросы технологии плавки высококачественной стали с использованием металлизованного сырья подробно рассмотрены ниже. В настоящее время общий объем производства металлизованного сырья за рубежом сравнительно невелик (10,58 млн. т в 1985 г. ) вследствие высокого расхода природного газа на его производство. Имеющиеся мощности для прямого получения железа за рубежом использовались в 1985 г. примерно на 50%, поэтому основное количество электростали выплавляют без использования металлизованного сырья.
Чугун традиционно применялся в электросталеплавильном производстве для повышения содержания углерода в шихте. Чугун можно считать высококачественным железосодержащим шихтовым материалом. Содержание серы и фосфора в нем сравнительно невелико, в нем практически не содержится примесей цветных металлов.
Соотношение компонентов шихты в завалке
Соотношение компонентов шихты в завалке должно обеспечивать быстрое и экономичное ее расплавление при минимальных повреждениях футеровки печи. Следует учитывать и влияние состава заваливаемой шихты на качество выплавляемой стали. Легковесный лом имеет более низкую стоимость и образуется в больших количествах, поэтому доступнее для металлургических предприятий. Благодаря использованию специально подготовленной легковесной шихты в сверхмощной дуговой печи, несмотря на затраты времени на дополнительные подвалки шихты (обычно завалка двумя-тремя бадьями), несколько уменьшается общая длительность периода плавления вследствие более быстрого расплавления и растворения в жидком расплаве легковесного лома. Соответственно должен несколько уменьшиться и расход энергии на плавление. Следует учитывать и лучшие условия работы футеровки печи при использовании быстроплавящегося легковесного лома. Необходимым условием эффективной работы сверхмощной печи на легковесном ломе является использование в цехе быстродействующих завалочных кранов и механизмов открывания рабочего пространства печи, что уменьшает продолжительность дополнительных подвалок шихты. А.Н.Морозов считает, что современные сверхмощные дуговые печи могут работать только на легковесном ломе, если этот лом хорошо подготовлен к плавке и не сильно загрязнен примесями цветных металлов. Однако очень часто легковесный амортизационный лом сильно загрязнен примесями цветных металлов (в частности, меди), что исключает возможность работы только на таком ломе и требует разбавления шихты более чистыми материалами (тяжеловесной прокатной обрезью и т.д.).
Эффективная работа сверхмощной дуговой сталеплавильной печи требует решения проблемы рациональной шихтовки плавки для быстрого и экономичного расплавления загруженной шихты. Важное значение имеют соотношение долей легко- и тяжеловесного лома в шихте, количество лома, чугуна, кокса и металлизованных окатышей, рациональная подготовка лома к плавке.
Для выплавки стали в дуговых печах длительное время использовали следующие виды металлолома: тяжеловесный лом, образующийся непосредственно на металлургических предприятиях (обрезь прокатных цехов, прежде всего обжимных станов); 2) лом машиностроительных предприятий (обрезь при штамповке, стружка при механической обработке и т.д.); 3) легковесный амортизационный лом. Наиболее качественным ломом является обрезь прокатных цехов металлургических предприятий. Такой лом имеет высокую насыпную плотность О 1,5 т/м3), практически не содержит примесей цветных металлов и неметаллических примесей, примерный состав его обычно известен. При разливке стали в изложницы доля прокатной обрези составляет 20-30 % от массы слитков. Высококачественный тяжеловесный лом широко используют во всех сталеплавильных процессах.
Переход на непрерывную разливку стали в водоохлаждаемый кристаллизатор резко снижает количество прокатной обрези (до 5-10%), поэтому с увеличением количества металла, разливаемого на МНЛЗ, доля высококачественного тяжеловесного лома, используемого в отечественном сталеплавильном производстве, особенно в электросталеплавильном, будет уменьшаться.
Вместе с тем, учитывая уменьшение срока морального износа оборудования, проводимую в СССР перестройку хозяйственно-экономической деятельности, следует рассчитывать на значительное увеличение образования и потребления амортизационного лома в сталеплавильном и прежде всего электросталеплавильном производстве.
При эксплуатации свода на 10-т печах отмечалось увеличение расхода электроэнергии на 3-10%, однако оно полностью компенсировалось экономией энергетических ресурсов в смежных отраслях (при производстве огнеупоров, в частности ). На 10-т электропечах завода "Сибэлектросталь" была достигнута стойкость свода 5-7 тыс. плавок.
Внедрение таких сводов происходило медленными темпами и только на электропечах малой вместимости в основном на машиностроительных заводах. Одной из причин этого было использование классической технологии электроплавки в отечественных электросталеплавильных цехах. Классическая технология электроплавки и водоохлаждаемый свод плохо совмещаются: при длительном пребывании жидкого металла в печи (продолжительные окислительный и восстановительный периоды плавки) существенно возрастают тепловые потери печи во время плавки. Проведение классического восстановительного периода в печи с водоохлаждаемым сводом затруднено вследствие повышения вязкости печного шлака при понижении температуры шлака под влиянием водоохлаждаемого свода. Электропечи литейных цехов машиностроительных заводов не применяли классической технологии, работая одношлаковым процессом, поэтому использование водоохлаждаемого свода обеспечивало повышение показателей работы.
В 1978 г. были начаты работы по внедрению водоохлаждаемого свода на 100-т дуговой печи ЧерМК. Первоначально свод был выполнен полностью водоохлаждаемым. Центральная водоохлаждаемая часть свода была изготовлена съемной и устанавливалась на периферийную часть через слой изоляции, в качестве которой использовались кирпичи с высоким электрическим сопротивлением толщиной 115 мм. Со стороны рабочего пространства на своде выполнялась огнеупорная набивка толщиной 65 мм.