Производство стали в электропечах : дуговая печь постоянного тока

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2090 

Кафедра металлургии стали и ферросплавов

А.Е. Семин 
Н.Н. Попов 
 

Производство стали 
в электропечах 

Дуговая печь постоянного тока 

Лабораторный практикум 

Допущено учебно-методическим объединением по образованию 
в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 
150400 – Металлургия 
 

Москва  2014 

УДК 53.03.17 
 
С30 

Р е ц е н з е н т ы :  
д-р техн. наук, проф. Н.А. Смирнов (МГМУ МАМИ); 
канд. техн. наук С.В. Лактионов 

Семин, А.Е. 
С30  
Производство стали в электропечах : дуговая печь постоянного тока : лаб. практикум / А.Е. Семин, Н.Н. Попов. – М. : 
Изд. Дом МИСиС, 2014. – 61 с. 
ISBN 978-5-87623-776-7 

Рассмотрена конструкция лабораторной дуговой печи постоянного тока, 
технология плавки стали и применение указанной печи в качестве руднотермической для выплавки ферросплавов. 
Лабораторный практикум предназначен для студентов, бакалавров и магистров, обучающихся по направлению «Металлургия», может быть использован при выполнении курсовых научно-исследовательских работ, курсовых 
проектов и курсовых работ. 
УДК 53.03.17 

ISBN 978-5-87623-776-7 
© А.Е. Семин, 
Н.Н. Попов, 2014 

СОДЕРЖАНИЕ 

Лабораторная работа 1. Дуговая печь постоянного тока......................4 
Лабораторная работа 2. Выплавка стали в дуговой печи  
постоянного тока ....................................................................................24 
Лабораторная работа 3. Выплавка ферросплавов  в дуговой  
печи  постоянного тока ..........................................................................42 
 

Лабораторная работа 1 

ДУГОВАЯ ПЕЧЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА 

(4 часа) 

1.1. Цель работы 

1. Изучение конструкции электропечной установки постоянного тока. 
2. Закрепление знаний по устройству и работе дуговой печи постоянного тока (ДППТ). 
3. Формирование навыков работы на ДППТ: подготовка печи 
к плавке, изучение работы источника питания и управления печью. 

1.2. Теоретическое введение 

Дуговые сталеплавильные печи постоянного тока широко применяют в черной металлургии для производства высококачественной 
стали и сплавов. Электроплавка стали по сравнению с другими способами выплавки в сталеплавильном производстве имеет ряд принципиальных особенностей, связанных с условиями протекания тепловых процессов в ванне печи. Особое внимание следует обратить 
на отсутствие локальных перегревов металла под дугой.  
ДППТ являются перспективными агрегатами и по сравнению с электропечами переменного тока характеризуются улучшением ряда технико-экономических показателей: отсутствие поверхностного эффекта, 
что позволяет применять ток более высокой плотности; использование 
одного расположенного в центре графитированного электрода, что снижает неравномерность износа огнеупорной футеровки стены, уменьшение вредного воздействия на окружающую среду, уменьшение подсоса 
воздуха в рабочее пространство печи. 
Качество металла, выплавляемого на всех ДППТ, характеризуется  высоким уровнем показателей, таких как увеличение выхода 
годного, понижение угара легирующих элементов, уменьшение 
экологической нагрузки на обслуживающий персонал и другие, 
даже при использовании шихты невысокого качества. Этому способствует возможность проведения при расплавлении шихты, нагреве расплава и его рафинировании практически всех металлургических операций. 

Рис. 1.1. Дуговая печь постоянного тока вместимостью 250 кг 

Современные ДППТ оборудуют системами автоматического 
управления технологическим процессом, программные средства 
управления разработаны на основе существующей теории управления.  

1. Требования, предъявляемые к ДППТ 

Печи, работающие на переменном токе, имеют ряд недостатков: 
– поломки электродов; 
– поверхностный эффект и эффект близости снижают эффективность использования проводников вторичного токоподвода, ухудшают режим эксплуатации и вызывают дополнительные потери 
энергии; 
– электрическая дуга при использовании переменного тока дважды за период гаснет и зажигается, что снижает устойчивость дугового разряда и приводит к повышенному пылевыносу; 
Преимущества ДППТ: 
– большая устойчивость дуги постоянного тока, в результате чего 
энергия дуги более эффективно используется в печи, питаемой 
от выпрямителя; 

– снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения потерь во 
вторичном токоподводе; 
– снижение расхода электродной массы; 
– снижение выбросов пыли и угара элементов, что приводит к 
улучшению условий труда персонала, обслуживающего печь; 
– увеличение производительности печи; 
– улучшение качества продукции за счет интенсификации процессов в ДППТ. 

2. Технические параметры плавки в ДППТ 

Наилучшие параметры плавки имеют следующим показатели: 
– высокая производительность – время расплавления и нагрева 
расплава – 35…40 мин; 
– низкий удельный расход электроэнергии на расплавление – 
не более 420…480 кВт·ч/т расплава; 
– высокий выход годного металла – 98,5…99 %; 
– химическая и температурная однородность расплава, возможность электромагнитного перемешивания расплава; 
– низкий угар графитированных электродов – 0,8…1,5 кг/т расплава; 
– высокая активность шлаков во все периоды плавки; 
– возможность управления шлаковыми процессами; 
–  возможность переплава всех видов шихты, включая металлизированные окатыши, стружку, ультралегкую и тяжеловесную шихту; 
– минимальные пылегазовыбросы из печного пространства, позволяющие во многих случаях удовлетворять требованиям экологов 
без строительства систем пылегазоочистки; 
– значительное (в 10–15 раз) сокращение отходов металлургического производства в виде шлака и пыли; 
– возможность включения и отключения печей в любой период 
времени; 
– безопасность печей при внезапных выключениях электроэнергии; 
– возможность выплавки высококачественных металлов при использовании низкокачественной шихты; 
– предотвращение образования вредных химических соединений 
в отходящих газах;  
– высокая надежность оборудования. 
Универсальность ДППТ заключается не только в возможности 
выплавки низко- и высоколегированных марок стали, но и в обеспечении эффективной тепловой работы печи, частичном экранировании свода от излучения.  

1.3. Принцип работы и устройство ДППТ 

1. Устройство ДППТ 

ДППТ состоят из частей и механизмов, применяемых в ДСП переменного тока той же вместимости: стального футерованного кожуха; стен и свода, которые могут быть водоохлаждаемыми, подины, 
как правило, с подовым электродом, механизма наклона печи для 
слива металла и удаления шлака, механизма перемещения графитированного электрода; механизма подъема и поворота свода для завалки печи шихтой; рабочего окна с дверцей (рис. 1.2). Для перемещения используют гидравлические или электромеханические механизмы. Отличительная особенность ДППТ от ДCП переменного тока – наличие только одного графитированного электрода (катода), 
расположенного вдоль вертикальной оси печи, и подового или подовых электродов (ПЭ) – анодов в подине печи. 
Печи футеруют огнеупорными материалами, применяемыми и на ДСП. 
Стойкость подины при обычных «горячих» ремонтах 3–5 лет или 5–7 тыс. 
плавок. Подина может быть наварена после «срывов», подвергнута промежуточному ремонту и заменена (без замены ПЭ). Материалы могут быть 
многократно использованы при ремонтах подины печи. 
При плавке в такой печи можно использовать все известные технологические приемы: «кип» ванны, обработку шлаком, продувку металла 
кислородом или инертным газом, легирование и процессы, усиленные 
и ускоренные применением электромагнитного перемешивания. 
Одним из основных элементов подины печи является ПЭ, подсоединенный к аноду выпрямителя. При использовании ПЭ нижний торец его соединяют с токопроводом, выше которого расположены каналы охлаждения, которые располагают вне кожуха печи. ДППТ, 
как правило, оснащают одним электродом без специальных требований к качеству материала, расход которого составляет 0,8...1,5 кг/т. 
Свойства постоянного тока. Преимуществом ДППТ является естественное перемешивание расплава. Расплав перемешивается за 
счет взаимодействия тока, протекающего через него, с электромагнитным полем. Для реализации более интенсивного перемешивания 
устанавливают не менее двух подовых электродов, смещенных от 
осей симметрии подины. Опорное пятно дуги размещается по центру 
расплава, благодаря чему вектор тока в расплаве имеет ярко выраженные вертикальную и горизонтальную составляющие, взаимодействие собственного электромагнитного поля которых с током вызывает интенсивное перемешивание расплава в вертикальной и горизонтальной плоскости.