Аналіз та систематизація способів підвищення стійкості футерівки індукційних сталеплавильних печей

Abstract

Індукційні сталеплавильні печі мають суттєвий потенціал у металургійній промисловості, оскільки вони дають змогу швидко та ефективно проводити плавку, зокрема сталі, з використанням принципу індукції. Використання таких агрегатів сприяє покращенню екологічних показників у виробництві та реалізації концепції «зеленої сталі» під час переробки заліза прямого відновлення. Індукційні печі є більш енергоефективними порівняно з традиційними печами, такими як дугові печі, через знижений час плавлення. Це сприяє зменшенню викидів парникових газів, таких як вуглекислий газ, та зменшує вплив на зміну клімату. Індукційні печі дають змогу зменшити витрати на електроенергію порівняно з іншими видами електричних печей. Це допомагає знизити використання природних ресурсів та викиди шкідливих речовин. Індукційні печі можуть бути легко налаштовані для переробки вторинної сировини – металевих відходів. Це сприяє зменшенню відходів та сприяє принципам циркулярної економіки. Поміж очевидних переваг індукційних сталеплавильних тигельних печей, серед яких також широкі можливості отримання однорідного за хімічним складом сталевого розплаву, відомі нагальні недоліки, що виникають у зв’язку з особливостями перемішування, потоками рідкого металу та зниженою стійкістю футерівки. У дослідженні розглянуто конструкцію та принцип дії індукційних плавильних тигельних агрегатів. Проаналізовано умови експлуатації та виходу з ладу кислої, основної та нейтральної футерівки. Висвітлено ключові аспекти функціонування індукційних сталеплавильних печей, зосереджено увагу на виявленні причин низької вогнетривкості та шлакотривкості їх тиглів внаслідок інтенсивної взаємодії гарячого рідкого розплаву з футерівкою. Із застосуванням літературних джерел визначено основні методи підвищення стійкості тиглів: вибір матеріалу тигля, забезпечення теплоізоляції та охолодження, керування температурними режимами, оптимізація процесу плавлення та конструкції тигля, моніторинг зношування та деформацій, регулярне технічне обслуговування і ремонт, застосування захисних покриттів, управління електромагнітним полем печі. Розкрито сутність кожного з цих методів із наведенням конкретних виробничих прикладів. Головним результатом проведеного дослідження є систематизація проаналізованих методів підвищення стійкості футерівки в індукційних сталеплавильних печах. Проведений аналіз дає змогу в перспективі визначити оптимальні методи контролю стану футерівки та вибрати виробничі стратегії підвищення стійкості тиглів, враховуючи конкретні умови виробництва. Induction steelmaking furnaces have significant potential in the steel industry, as they allow for fast and efficient melting, including of steel, using the principle of induction. The use of such units helps to improve environmental performance in production and implement the green steel concept when processing direct reduced iron. Induction furnaces are more energy-efficient than traditional furnaces, such as arc furnaces, due to their shorter melting times. This helps to reduce greenhouse gas emissions, such as carbon dioxide, and reduces the climate change impact. Induction furnaces reduce energy costs compared to other types of electric furnaces. This helps to reduce the use of natural resources and emissions. Induction furnaces can be easily configured to process recyclable materials, such as metal waste. This helps to reduce waste and contributes to the principles of a circular economy. Among the obvious advantages of induction crucible steelmaking furnaces, including the wide possibilities of producing a homogeneous steel melt in terms of chemical composition, there are also urgent disadvantages arising from the peculiarities of mixing, liquid metal flows and reduced lining stability. This study considers the design and principles of operation of induction crucible melting units. The operating conditions and failures of acid, basic, and neutral linings are analyzed. The key aspects of the functioning of induction steelmaking furnaces are highlighted, with a focus on identifying the causes of low refractoriness and slag resistance of their crucibles due to the intensive interaction of the hot liquid melt with the lining. Using literature sources, the main methods of increasing the stability of crucibles are identified: selection of crucible material, provision of thermal insulation and cooling, control of temperature conditions, optimization of the melting process and crucible design, monitoring of wear and deformation, regular maintenance and repair, application of protective coatings, and control of the furnace electromagnetic field. The essence of each of these methods is revealed with specific production examples. The main result of the study is the systematization of the analyzed methods of increasing the lining stability in induction steelmaking furnaces. The analysis makes it possible to determine the optimal methods for monitoring the lining condition and select production strategies for improving crucible stability, taking into account specific production conditions.