Produkcja stali – historia i przegląd cz. XI - „Proces elektrostalowniczy”

Zgodnie z poprzednią częścią przeglądu produkcji stali, zwrócimy uwagę bezpośrednio na linię technologiczną, przekonamy się o celowości zastosowania prądu elektrycznego do wytwarzania stali oraz o sensowności takiego procesu. Procesu, dzięki któremu możemy uzyskiwać stal o wysokiej jakości.

Proces elektrycznego wytopu stali jest znacznie mniej energochłonny od procesu wytwarzania stali w wielkich piecach zintegrowanych z konwertorami tlenowymi. Jak wiemy, jest też procesem opartym na złomie stalowym, dzięki czemu ma także duże znaczenie w recyklingu surowca wtórnego.
Z punktu widzenia ekonomicznego i inwestycyjnego, metoda wytopu stali w procesie elektrycznym jest metodą tańszą.

Proces wytwarzania stali w procesie elektrycznym przedstawiono schematycznie na poniższym rysunku. Proces ten składa się z podstawowych etapów:

• roztapianie wsadu w łukowych piecach elektrycznych wraz ze wstępną obróbką ciekłego metalu,
• dalsza obróbka ciekłego metalu wraz z tzw. wykańczaniem na stanowiskach pozapiecowej obróbki stali,
• odlewanie stali metodą ciągłą.

Rys. 1. Schemat technologiczny procesu elektrostalowniczego [1]

Tradycyjny piec łukowy przeszedł kilka znaczące modyfikacji, mających na celu udoskonalenie procesów, podniesienie wydajności i obniżenie kosztów. A wszystko to, aby ciągle doskonalić jakość uzyskiwanego wytopu. Najważniejsze z nich polegały na ograniczeniu zużycia elektrod grafitowych, wprowadzeniu podgrzewania złomu, aby skrócić czas wytopu i ograniczyć zużycie energii elektrycznej. Takie zmiany jak wprowadzenie wysoko wydajnych systemów chłodniczych, otworów spustowych w trzonie pieca, komputerowego sterowania procesem, palników tlenowych i lancy tlenowej umożliwiło ograniczenie zużycia materiałów ogniotrwałych, lepsze wykorzystanie mocy, zwiększenie trwałości trzonu pieca.

Podstawowym celem procesu elektrycznego pieca łukowego jest roztopienie wsadu
i nagrzanie go do założonej temperatury. Wszystkie pozostałe operacje metalurgiczne prowadzi jako obróbkę pozapiecową. Oprócz złomu stalowego wykorzystuje się:

• topniki jako materiały żużlotwórcze (przede wszystkim wapno palone i dolomitowe)
• spieniacze żużla
• dodatki stopowe (żelazostopy)
• nawęglacze (węgiel, złom elektrod węglowych, koks)
• odtleniacze (głównie aluminium)

Na etapy procesu elektrostalowniczego składają się:

1. Ładowanie pieca – złom stalowy ładowany jest razem z wapnem i nawęglaczem do koszy. Elektrody i sklepienie jest usuwane, aby można było załadować piec wsadem.

2. Roztapianie i rafinacja – świeżenie kąpieli metalowej rozpoczyna się po roztopieniu części wsadu. Proces ten kontynuuje się po roztopieniu całego złomu do momentu uzyskania wymaganej zawartości węgla w stali. Świeżenie kąpieli metalowej polega na utlenianiu węgla i innych nie pożądanych domieszek, szczególnie fosforu.

3. Spust stali i żużla – w przypadku żużla następuje to samoistnie, ewentualnie na skutek przechylania pieca na stronę spustową. Stal może być spuszczana do kadzi albo przez rynnę spustową, albo przez otwór spustowy w trzonie pieca.

4. Pozapiecowa obróbka stali elektrycznej - Obróbka pozapiecowa realizowana jest na specjalnych stanowiskach do obróbki ciekłej stali w kadzi, wykorzystując zazwyczaj system grzania łukiem elektrycznym, co umożliwia prowadzenie procesów rafinacyjnych, dodawanie dodatków stopowych w lepszych warunkach niż w piecu, przyczyniając się do wzrostu uzysku wprowadzanych pierwiastków.

Na zabiegi obróbki pozapiecowej składają się obróbka pod żużlem rafinacyjnym, kontrola składu chemicznego i temperatura na całej długości wsadu, wprowadzanie mikrododatków i modyfikatorów, przedmuch gazem w celu pozbycia się dodatków niemetalicznych. A wszystko to, aby uzyskać stal o najwyższej jakości, powtarzalnym składzie chemicznym, zużywając jak najmniejszą ilość energii elektrycznej. Po tych procesach, czeka nas odlewanie stali. Jak to wygląda? Dlaczego ciągłe odlewanie stali gwarantuje znakomitą jakość i wydajność? Czy odlewaniu metodą konwencjonalną jest przestarzałe? Spróbujemy odpowiedzieć na te pytania w najbliższej części

Literatura:
[1] Encyklopedia BAT
[2] Teresa Lis „Współczesne metody otrzymywania stali”
[3] Mazanek T. „Elektrometalurgia stali”
[4] Materiały prywatne, pochodzące z wykładów na uczelni

Grzegorz Bielski, Ambasador Klubu ArcelorMittal AGH