Меню

Печи постоянного тока для выплавки стали

Устройство и принцип работы электродуговых печей

Дуговая печь постоянного или переменного тока предназначена для плавки металлов. Перед началом работ или покупкой печи требуется знание основных теоретических моментов.

  • Кто изобрел?
  • Принцип работы
  • Постоянного тока
  • Переменного тока
  • Устройство
  • Какие стали можно получить в дуговых печах?
  • Производители
  • Особенности эксплуатации

Дуговая электропечь в промышленности начала широко использоваться в середине прошлого века. Конструкция постоянно усовершенствовалась и уже именно дуговые печи вытесняют традиционные мартены и домны со сталелитейного производства.

Кто изобрел?

Дуговая электрическая печь, а именно эффект плавления металла с помощью электрической дуги был впервые показан отечественным ученным Поповым в начале 19 века. Такие опыты показали, что с помощью электродуговой установки можно не только расплавлять металл и стали, но и восстанавливать новые материалы из окислов при нагревании совместно с углеродистыми восстановителями. Эти опыты стали прародителем электрической дуговой сварки.

Но параллельно с Поповым, исследования проводились и зарубежными ученными. Уже 1810 году Дэви Гемфри была показана первая экспериментальная установка горения дуги, а в 1853 была осуществлена попытка построения первой плавильной печи Пишоном. 1878 – год, когда Вильгельмом Сименсом был получен патент на изобретение первой печи, работающей на электродуге. Но первая в мире сталеплавильная дуговая установка появилась только 1899 году. Поэтому, споры кто изобрел это устройство тянутся до наших дней.

Несколько фото электродуговых печей:

Принцип работы

Электрическая печь для плавки металла способна успешно работать на сталелитейном производстве и в домашней мастерской. Принцип работы любой конструкции работающей с использованием электрической дуги разбит на 3 этапа:

  1. Процесса плавки шихтового материала. На этом этапе, поверхность расплава закрывается пленкой, препятствующей поступлению различных вредных газов. Происходит поглощение фосфора, серы и других химических элементов, влияющих на качество стали и сплавов.
  2. Окисления металлов. На этом этапе корректируется содержание в металле вредных веществ. Максимальный уровень фосфора или серы, не должен превышать 0,15% от общей массы. Для формирования марки сталей важно обеспечить корректировку содержания в ней азота, водорода. Уровень температуры в печи на этом этапе поддерживается выше предела плавления основного вещества на 120 0 . В качестве окислителя используется кислородный или слой окалины.
  3. Этапа восстановления. В этот период удаляются серные включения, и структура металла доводится до заданного уровня по содержанию легирующих добавок и углерода.

Это общий принцип работы печей, но в зависимости от вида приборов, печь будет работать по определенной схеме. Разберем этот вопрос подробнее.

Постоянного тока

Электродуговые печи постоянного тока – устройства для использования в литейном деле и металлургической промышленности. С помощью поддержания дуги по центру увеличивается срок службы внутреннего слоя огнеупорных кирпичей в камере нагрева металлов. Такая работа приводит к экономии электроэнергии, повышению уровня производительности печей. Такие устройства состоят:

  • наружного корпуса камеры нагрева металлов;
  • свода из огнеупорного материала;
  • нагревательного электрода, который монтируется в своде;
  • в поде камеры установлены 2 электрода;
  • три мощных электромагнита для корректировки положения электродуги;
  • системы контроля над работой установки. В нее входят термодатчики, термопары и другое оборудование для управления процессом. Термопары устанавливают в верхней полости свода, над верхним пределом расплавленного металла, на минимальном расстоянии в 500 мм;
  • блока управления электромагнитами;
  • установлен дополнительный источник тока, с напряжением в 24 В.

Электромагниты удерживают дугу на центре камеры. Они устанавливаются так, чтобы угол отклонения по осям не составляло более 120 0 .

Переменного тока

Дуговые печи переменного тока – их принцип действия основан на пронизывающем эффекте переменного магнитного потока, который проходит через замкнутый контур камеры. В нее помещены материалы, которые под действием магнитного поля расплавляются. Внутренняя камера заключена в металлический корпус из жаропрочной стали. Все внутреннее пространство до определенного уровня заполняется расплавленным металлом с легирующими добавками.

Сталь доводится до определенной температуры, проходит все три этапа приведенные выше и после окончания процесса плавки выводится в отдельный канал. При выпуске металла из печи, ток размыкается и расплавленная, готовая сталь сливается в ковши.

Устройство

Дуговая печь с подовым электродом или другой конструкции имеют единый принцип устройства таких агрегатов:

  1. графитированные электроды для электродуговых печей – 3 шт. их устанавливают в специальные держатели, к которым подключены кабели подводящие электроэнергию;
  2. корпус печи выполняется цилиндрической формы. Нижняя часть выполнена в виде сферы, в нее укладывается шихта. В пространстве между электродами, после подачи нагрузки, возникает дуга, и плавильный материал постепенно расплавляется и доводится до жидкого состояния. Внутренняя часть пода выкладывается из огнеупорного материала, способного выдерживать длительное воздействие высоких температур;
  3. наружная часть закрывается при помощи стального корпуса, в плоскостях которого закреплена управляющая автоматика с множеством датчиков и термопар. Модели печей могут дополнительно оснащаться системой водяного охлаждения;
  4. для слива расплава изготовлен специальный желоб;
  5. на лицевой стороне выполнены несколько полостей с дверками для контроля над ходом плавки, забора проб для химического анализа готовности и качества стали;
  6. в корпусе делается несколько полостей для удаления шлаков и добавления легирующих добавок и внесения корректировки в состав стали.

Для нормальной работы потребуется оснастить конструкцию высоковольтным понижающим трансформатором, подключенным к линии ЛЭП, ковшами для слива готовой стали и кранами для загрузки шихты и других добавок. Для обеспечения работы агрегатов устанавливается предохранительная арматура и система аварийного отключения питания, а также блок автоматического управления работой печи.

Такое общее устройство имеет дуговая плавильная печь. Но конструкция может изменяться при разных вариантах печей.

На рисунке указана общая схема электродуговой печи.

Размер электродуговой печи может повлиять на выбор мощности трансформатора, габариты электродов и толщину стен, но общий принцип конструкции остается неизменным.

Размеры электродов подбираются согласно данным установочных документов.

Какие стали можно получить в дуговых печах?

На вопрос, какие стали можно получить в дуговых печах, опытный металлург, не задумываясь, ответит – всевозможные и даже чугун. Даже в сетевых играх «space engineers» и «immersive engineering» вы найдете способы постройки таких печей и производства различных сплавов и сталей. Электродуговые конструкции используются для производства в промышленных и лабораторных или домашних масштабах:

  • конструкционной или легированной стали с различными уровнями содержания углерода и легирующих добавок;
  • тугоплавких сплавов;
  • расплава золота, серебра и других металлов в небольших количествах для ювелирной или домашней мастерской;
  • изготовление всех марок чугуна и для переплавки его в легированную сталь;
  • высокотемпературные стали используются для выращивания монокристаллов, плавки оптического стекла и волокон.

к содержанию ↑

Производители

Рынок сталеплавильной электродуговой техники завален предложениями о поддельных, кустарных моделях по низкой цене. Поэтому планируя покупку, найдите в интернете сайт производителей подобной техники и закажите печи напрямую или через официальных дилеров. Покупая агрегаты у непроверенного продавца, вы рискуете приобрести некачественную и недолговечную конструкцию, пускай и за небольшие деньги.

Приведем краткий список компаний производителей электродуговых печей:

  1. Группа компаний «Thermal Technology» производит разнообразные по конструкции и мощности сталеплавильные агрегаты для лабораторных исследований и металлургической промышленности. Высокотемпературные печи могут проводить плавку в вакууме или при атмосферном давлении. Во всех случаях проводится тщательный контроль состояния воздуха в камере с расплавом. Технику используют не только в сталеплавильной отрасли, она успешно работает при выращивании монокристаллов и для получения оптоволокна.
  2. Российский производитель, компания «Оптим Толедо» выпускает электрические сталеплавильные печи для промышленных установок под маркировкой «ДППТ» и «ЭШП». Модели «ДППТ» — одни из самых мощных промышленных сталеплавийных электродуговых печей. В них собран весь запас конструкторов и эксплуатационников при проведении разработки проекта для плавильных устройств, работающих на переменном электрическом токе. Мощные преобразователи постоянного тока работают для обслуживания печей, модели ДСП.
  3. Дуговая сталеплавильная печь от Тайваньской компании «LEGNUM» — популярная марка производителей на российском рынке. Тиристорные электрические плавильные печи работают не только с металлами. Простота и надежность конструкции позволяет выполнять устройства в 2 вариантах. Они могут поставляться с гидравлической модификацией или редукторной. Отлично подходят для малого и среднего сталеплавийного предприятия с 3уровнем производительности свыше 2000 тонн в течение года.
  4. С 1989 года на российском рынке успешно работает научно – техническая компания «ЭКТА», специализирующаяся на выпуске термического промышленного оборудования. Научные методы, используемые при разработке и проектировании печей позволяют компании конкурировать с зарубежными производителями, особенно по соотношению цены и качества продукции. Дуговые печи переменного и постоянного тока могут использоваться для производства сплавов алюминия и других металлов.
  5. Печи от китайской компании «Чжэнчжоу Ланьшо промышленная печь» обеспечивают быструю плавку при пониженной себестоимости работы агрегата. Минимальные габариты при большом объеме загрузки, отличные показатели по теплоотводящим характеристикам и минимальный уровень загрязнения окружающей среды при полной загрузке и плавления шихты – это не полный список достоинств этой техники. Модели «KGPS 200кВт» применяются для производства нержавейки, чугуна, всех видов легированных, жаропрочных и конструкционных сталей. Можно использовать для получения цветных и драгоценных металлов.
Читайте также:  Газоразрядных ламп источники тока для

Цены указывать нет смысла, они очень быстро меняются. Поэтому, советуем обратиться к производителям напрямую и узнать стоимость на интересующую вас технику.

Особенности эксплуатации

Работа на таких печах в первую очередь требует соблюдения правил ТБ и охраны труда. Весь цикл работ выполняется в несколько основных этапов:

  • В первую очередь перед началом работ осматривается состояние огнеупорных кирпичей на своде и поде печи. Все пострадавшие или поврежденные участки ремонтируются. Обязательна проверка исправности системы вентиляции и водяного охлаждения.
  • Завалка шихты. Для завалки современных производственных установок используется верхняя система с помощью загрузочных бадей или специальной завалочной машины с ковшом. Такую технику применяют для внесения легирующих добавок или необходимых компонентов для корректировки состава металла в период плавки. На дно пода укладывается мелкий лом, так удается избежать повреждения огнеупорных кирпичей при выполнении этой операции.
  • Для раннего образования шлака и защиты ванны от вредных газов в состав шихты добавляется 2% извести от весы полной загрузки камеры.
  • Печь закрывается сводом с электродами и на них подается питание.
  • На этапе выполнения плавки стали может произойти внезапная поломка одного или нескольких электродов. В основном это происходит при недостаточной проходимости электрического тока, при несоблюдении минимального зазора от кончика электрода до верхней кромки шихты.
  • Регулировка мощности и скорости плавления осуществляется, если изменить положение нагревательного элемента. Тогда изменяется длина электрической дуги. Изменяется нагрузка и при повышении или понижении величины нагрузки поступающего тока.
  • Шихта расплавилась, образовался слой шлаков и расплава металла. Шлак удаляется по специальному каналу на протяжении всего периода работы печи. Это способствует удалению вредных веществ из состава стали. Для этого слой шлака вспенивают с помощью углеродосодержащих материалов, которые прерывают работу электрической дуги.
  • Периодически проводится забор пробы и проведение лабораторного анализа по составу и готовности стали. В домашних условиях эту операцию придется выполнять на глаз. При необходимости можно визуально контролировать ход работы через специальную полость, которая может служить и как леток для добавления и корректировки качества стали или других видов металлов или сплавов.
  • После готовности материала, его выводят через специальные каналы в стальной ковш или выпуск производится при наклоне корпуса печи.
  • После окончания работ выключается питание. Работа и производство одной закладки шихты окончена. Поверхности очищаются от налета и дефектов после остывания печи и только после этого можно производить следующую плавку.

Такая работа должна выполняться на любом предприятии, независимо от размера или объема печи.

Источник

Преимущества и недостатки дуговых печей постоянного и переменного тока

Первые дуговые сталеплавильные печи, появившиеся в конце XIX века, были печами постоянного тока. Позже в течение многих десятилетий в черной металлургии доминировали печи переменного тока. И несмотря на достигнутые успехи, дуговые печи переменного тока обладают целым рядом недостатков:

  • они работают с относительно низким коэффициентом мощности,
  • являются источниками мощных помех в питающих энергосистемах,
  • вызывают сильную загазованность окружающей среды,
  • имеют высокий уровень шума.

Для устранения указанных недостатков с начала 80-х годов все большее распространение начинают находить дуговые печи постоянного тока.

До 1990 г. число этих печей было единицы, к началу 1993 г. в мире в эксплуатации находилось 46 дуговых печей постоянного тока, а к концу 1998 г. — более 130 дуговых сталеплавильных печей постоянного тока.

В проектировании и эксплуатации ДСП постоянного тока было использовано множество новых разработок как электротехнических и конструкторских, так и технологических: новые конструкции трансформаторов, выпрямителей, фурм, горелок, новые системы автоматизации и управления, способы вдувания кислорода, углерода, шлакообразующих, подогрева и загрузки шихты, дожигания технологических газов, донный внецентренный выпуск плавок, вспенивание шлаков, донная продувка ванны газами и т.д.

Продолжительность плавки в новых крупных печах составляет менее 60 мин и ожидается доведение ее в ближайшее время до 30 — 40 мин.

Основными отличиями печей постоянного тока различных фирм является количество подовых электродов — катодов и конструкция токопроводящего узла — анода. Многоэлектродные печи постоянного тока распространения не получили. Практически все работающие дуговые печи постоянного тока являются одноэлектродными.

По конструкции используемые токопроводящие узлы подины в основном можно разделить на четыре типа (в скобках — фирма-разработчик):

  • токопроводящая подина, охлаждение воздушное (АВВ Industrie AG);
  • многостержневой металлический подовый электрод, охлаждение воздушное (МАN GHH / Nippon Коkan);
  • многопластинчатый металлический подовый электрод, охлаждение воздушное (Deutshe Voest Alpine Industrieanlagenbau);
  • одностержневой металлический электрод, иногда несколько электродов, охлаждение водяное (Clecim).

Особых преимуществ у какого-либо из этих подовых электродов не выявлено; стойкость их, как правило, превышает 1200 плавок.

Силовая линия дуговых печей постоянного тока в отличие от трехфазных печей включает выпрямительный блок и сглаживающий реактор, снижающий эффект мерцания. Для питания постоянным током используют тиристорные и диодные преобразователи. Однозначного мнения о том. какой из этих преобразователей лучше, в настоящее время нет. В мире освоено производство мощных и компактных выпрямителей для печей любой емкости. В случае недостаточной единичной мощности преобразователей их объединяют в блоки для получения необходимых параметров источников питания. Источники питания могут собираться по схемам последовательного, параллельного либо параллельно-последовательного подключения. Это повышает надежность, так как при выходе из строя одного трансформатора процесс плавки может быть продолжен с использованием оставшегося. Кроме того, может быть реализован режим с повышенным напряжением при последовательном включении и повышенным током дуги при параллельном включении тиристорных секций без увеличения установленной мощности источником электропитания. В подине дуговой печи можно размещать несколько изолированных от корпуса электродов и создавать печи большой мощности, подключая каждый источник электропитания к определенному подовому электроду.

Печи постоянного тока имеют следующие преимущества по сравнению с печами переменного тока:

  • меньший удельный расход электродов на 50-60 %;
  • снижение уровня фликера на 50 %;
  • возможность подводить большую мощность;
  • более высокую надежность электрооборудования;
  • работа с длинными дугами;
  • перемешивание ванны под воздействием электродинамических сил;
  • упрощение технического обслуживания и сокращение трудозатрат;
  • равномерная тепловая нагрузка на футеровку печи;
  • снижение уровня шума на 15 дБ;
  • стабилизация технологии;
  • лучшее формирование колодцев при проплавлении шихты;
  • снижение угара легирующих элементов;
  • снижение содержания азота в стали:
  • уменьшение газовыделения и пылеобразоаания;
  • снижение расхода огнеупоров;
  • повышение производительности.

Однако, несмотря на широко рекламируемые преимущества печей постоянного тока, некоторые фирмы предпочитают устанавливать трехфазные печи.

Это обусловлено следующим:

  • капитальные затраты на печь переменного тока ниже;
  • суммарный расход электроэнергии практически одинаков;
  • торцовый расход электродов и воздействие на питающую сеть высокоимпедансных трехфазных печей и печей постоянного тока сближаются;
  • печи переменного тока имеют большую гибкость регулирования температуры ванны.

Недостатки дуговых печей постоянного тока:

  • работа на длинных дугах приводит к повышенным тепловым потерям (дуга постоянного тока характеризуется пониженным значением градиента потенциала в столбе дуги, что для обеспечения выделения в дуге требуемой мощности вызывает необходимость увеличения ее длины до 0,8 -1,0 м. После расплавления шихты это приводит к росту потоков излучения на стены и свод печи и увеличению тепловых потерь);
  • в дуговой печи постоянного тока требуются специальные меры по предотвращению отклонения дуги из-за явления магнитного дутья;
  • ввод в электрическую цепь полупроводникового источника снижает надежность установок и повышает их стоимость.

Аналогично не отвечает электротехнологическим требованиям и дуга переменного тока. В начальный период плавки дуга имеет небольшую длину, что повышает вероятность эксплуатационных коротких замыканий и увеличивает расход энергии, усиливает влияние на питающую сеть. В то же время дуга непрерывно перемещается, что расширяет колодцы и снижает остроту проблемы перегрева подины. По расплавлении шихты дуга переменного тока более эффективна (без учета расхода электродов).

Исследования показали, что КПД дуг переменного тока в зависимости от электрического и шлакового режимов изменяется в пределах 0,55 — 0,85, КПД дуг постоянного тока — в пределах 0.40 — 0,75, чем и объясняется больший, в некоторых случаях, удельный расход электроэнергии в дуговых печах постоянного тока.

Показатели работы современных дуговых печей постоянного и переменного тока близки, за исключением расхода электродов – на дуговых печах постоянного тока расход графитированных электродов примерно в два раза ниже чем на дуговых печах переменного тока.

В ближайшем будущем продолжится «соревнование» дуговых печей постоянного и переменного тока, будут строиться те и другие печи, но опережающими темпами будут строиться дуговые печи постоянного тока — примерно в два раза больше, чем новых дуговых печей переменного тока.

Читайте также:  Переменный ток трехфазная система переменного тока

При определении типа строящейся печи в каждом конкретном случае проводится комплексный анализ проекта, где учитываются

  • географическое расположение площадки, на которой будет установлена печь;
  • вид используемой металлошихты;
  • наличие мощных источников электроэнергии;
  • обеспеченность топливом и кислородом;
  • экологические требования;
  • возможности рафинирования жидкого металла в агрегатах внепечной обработки и другие факторы.

При прочих равных условиях предпочтение отдается технологиям и агрегатам, характеризуемым меньшими издержками на сырьевые материалы и их транспортировку.

Источник

Характеристика электродуговых печей

В металлургии электродуговая печь является незаменимым оборудованием. Основное ее назначение – это переплавка металлов под воздействием высокой температуры. Такие тепловые агрегаты бывают различных видов. Они отличаются своими конструктивными характеристиками и особенностью использования.

Сфера применения

Первые дуговые печи изобрели еще в девятнадцатом веке. Использовались они для выплавки металлов. Со временем оборудования существенно усовершенствовали. На сегодняшний день дуговые печи стали незаменимыми в металлургической промышленности.

Процесс переплавки стали в дуговых печах осуществляется за счет высокого температурного режима, который достигается посредством электрической дуги. Таким образом, происходит преобразование энергии электрической в тепловую.

Благодаря высоким техническим характеристикам дуговые печи применяют для создания различных сплавов, которые используют в своих нуждах оборонные и авиационные структуры. С помощью такого теплового оборудования можно получить однородные сплавы любых металлов.

Некоторые виды дуговых печей используют для определения физико-химических анализов. Такие исследования в основном проводятся для выявления количества составляющих различных материалов.

Устройство электродуговой печи

Независимо от конструктивных особенностей все дуговые печи устроены практически одинаково. Тепловые сталеплавильные агрегаты состоят из таких основных элементов:

  • механическое устройство;
  • электрический отдел;
  • автоматизированное управление системой;
  • приспособление для подачи в рабочую часть материалов;
  • емкость, в которой осуществляется плавка;
  • система удаления отходов;
  • газоочистка.

Цилиндрической формы корпус печи включает в себя разъемные части – кожух и днище. Каркас имеет высокую устойчивость к значительным температурным воздействиям.

Конструкция имеет держатели, в которые устанавливаются графитированные электроды. К ним подсоединены подающие электроэнергию кабели. В процессе работы печи между электродами образуется постоянная дуга. Благодаря ей в устройстве возникают температура, которая обеспечивает плавку металлов.

Электродуговая печь

Как выглядит электродуговая печь

К закрытом корпусе печной конструкции встроены приборы, предназначенные для автоматического управления всей системой. Контроль процесса плавки осуществляется с помощью дверок. Для удаления шлаков в каркасе находится несколько полостей. Через них также осуществляется внос различных добавок для корректировки состава металла.

Погрузка шихты в печь может осуществляться через рабочее окно или сверху. Устройства с подачей материала через специальный проем обычно небольшого размера. Загружать металлический лом в такие агрегаты модно ручным способом с помощью широкой лопаты.

Печи с верхней подачей шихты – это более мощные и габаритные устройства. Они имеют достаточно сложную конструкцию. Механизм устройства может быть трех видов:

  • поворотный свод;
  • выкатывающийся корпус;
  • откатываемый свод.

Наиболее распространены дуговые агрегаты с поворотным механизмом.

Принцип работы сталеплавильных электродуговых агрегатов

Основной функцией дуговых печей является выделение тепла дуге, за счет высокого скопления электроэнергии. Благодаря этому выполняется плавка металла со значительной скоростью нагрева.

Гореть дуга может как в парах перерабатываемого материала, так и в обычной атмосфере. Самыми востребованными в промышленной сфере являются электродуговые сталеплавильные печи. Для производства стали расходуется вторичное сырье – лом. Процесс его расплавки состоит из нескольких этапов:

  • подымается свод;
  • загружается в печь шихта с помощью специального крана;
  • свод закрепляется на место;
  • подается электрическое питание на электроды;
  • электропроводники касаются загруженного в агрегат лома;
  • образуется межфазное замыкание;
  • срабатывает автоматический подъем держателей с электродами;
  • происходит загорание электрической дуги.

Таким образом, начинается работа печи, которая происходит при высокой температуре мощности. Состоит она из таких основных стадий:

  1. Расплавление металлического лома. Накаленная шихта покрывается защитной пленкой, которая преграждает к материалу доступ вредных газов. При этом осуществляется впитывание различных плохо влияющих на качество металла веществ.
  2. Процесс окисления. Происходит корректировка вредных элементов. В это время повышается температура в агрегате. Ее значение становится на 120 градусов выше установленного для плавки металла предела. Фосфор и сера должны занимать в общем составе не более 0,15 процентов. Также осуществляется контроль уровня водорода и азота.
  3. Восстановление. С материала устраняются элементы серы, и состав металла доводится до нормативных показателей.

Виды и характеристика электродуговых печей

Современные дуговые печи бывают различных размеров и имеют отличительный набор функций.

Дуговые печи косвенного действия

Горение дуги в таких печах происходит между электродами, которые находятся над расплавленной массой. За счет этого осуществляется тепловой обмен между материалом и источником передачи энергии. Излучение, исходящее от дуги, а также конвекция позволяет нагреть металл до необходимой для его плавки температуры.

Дуговые печи косвенного действия оснащены таким электрооборудованием:

  • электропривод механизма подач расходуемых электродов;
  • трансформатор;
  • регулировочное устройство.

Такие печи бывают емкостью 0,5 и 0,25 тонн. Максимальная мощность силового трансформатора может быть 600 КВ/А.

Поступление тока от трансформаторной подстанции к электродам осуществляется посредством гибких кабелей. Регулировка дистанции между электрическими проводниками производится за счет автоматизированного управления.

В электродуговых печах косвенного действия невысокий коэффициент выделения угара и испарения металла. Снижение выхода парообразных веществ достигается за счет высокого расположения эклектической дуги от материала для расплавки.

Используют дуговые косвенные печи для переплава различных цветных металлов и их сплавов. Часто такое тепловое оборудование при выплавке некоторых видов никеля и чугуна.

Косвенные дуговые печи сравнительно небольшие и в них невозможно осуществлять все процессы переплавки металлов, так как некоторые сплавы требуют большей мощности и более высокого температурного режима.

Дуговые печи прямого действия

В таких печных устройствах дуга образуется между электрическим проводником и расплавленным металлом, который благодаря этому нагревается. За чет прямого контакта между электродом и материалом происходит высокое испарение металла.

Электродуговые печи прямого действия являются достаточно мощным оборудованием, которое способно работать на трехфазном токе. Они выделяются высокой производительностью и применяются в основном для выплавки в слитки различных тугоплавких металлов, включая конструкционные и высоколегированные стали.

Электродуговая печь

Электродуговая печь прямого действия

Электропечь оснащена механизмами с гидравлическим или электромеханическим приводом, которые позволяют осуществлять наклоны для слива расплавленной стали, поворачивать и поднимать свод, а также перемещать электроды. К держателям проводников ток поступает за счет охлаждаемых воздух медных труб или шин.

Процесс зажигания электродов производится посредством снижения их к расплавленному металлу. После этого во время подъема проводников образуется электрическая дуга.

Дуговые печи сопротивления

Особенностью печей сопротивления является то, что дуга образуется внутри переплавляемого материала. Шихта может быть направлено относительно электрического разряда параллельно или последовательно.

Дуговые печи сопротивления не имеют функции наклона. Расплавленная масса проходит через специальное отверстие – летку. Электроды расположены в конструкции вертикально. Они имеют сравнительно большие размеры. Благодаря этому агрегат может работать с большой мощностью и при значительной величине тока.

В печах данного вида плавка металлов происходит с высоким показателем удельного сопротивления. Такое оборудование используется для плавления и восстановления руды. С помощью дуговых печей сопротивления можно получить сплавы чугуна, карбида, абразивов, кальция, а также никелевого штейна. Тепловые установки сопротивления в отличие от других видов дуговых печей способны доводить температурный режим до запредельных показателей.

Вакуумные дуговые печи

Такие агрегаты относятся к оборудованию прямого действия. Дуга в вакуумных печах горит в парах или инертном газе переплавляемого металла. Процесс происходит при низком давлении. Различают два типа вакуумных печей:

  1. С расходуемым электродом. Дуга в таких устройствах горит между переплавляемым электрическим проводником и ванной жидкого металла.
  2. С нерасходуемым электродом. Электрический разряд возникает между графитовым электропроводником и металлом, который расплавляется.

Как в первом, так и втором варианте плавление осуществляется в вакуумной камере. Все нагревающиеся элементы такого оборудования охлаждаются с помощью воды. Благодаря этому в вакуумных печах можно осуществлять различные действия при достаточно высоких температурах.

Агрегаты с нерасходуемым электродом практически не используются в промышленности. Основным их назначением является выплавка небольшого размера слитков в лабораторных условиях. Они являются хорошим инструментом для проведения различных анализов.

Электродуговая печь

Пример электродуговой печи

Дуговые вакуумные печи с расходуемым электродом обширно применяются в промышленных целях. В таких устройствах во время работы с металлом происходят такие процессы:

  • плавление;
  • восстановление;
  • раскисление;
  • кристаллизация.

При этом при высокой температуре газовые летучие примеси удаляются, и происходит распад неустойчивых соединений. Благодаря этому в вакуумных дуговых печах можно получить материал с низким содержанием неметаллических примесей и газов.

Вакуумные печи используют в промышленных целях в таких отраслях как ракетостроение и атомная энергетика. С помощью такого оборудования можно получить слитки массой более 50 тонн.

Плазменно-дуговые печи

В таких установках металл нагревается за счет проходящей вместе со струей плазмы инертного газа электрической дуги. Такой процесс обеспечивает чистоту расплавляемого материала, а также позволяет значительно увеличить производительность печного оборудования.

Читайте также:  Как оказывать первую помощь пострадавшему при поражении электрическим током

В плазменно-дуговых печах происходит выплавка металлов с невысоким содержанием кислорода. Процесс плавления осуществляется в нейтральной атмосфере, что позволяет создать все условия для максимального выхода газов. Выплавка металла происходит с высокой скоростью.

Пламенно–дуговые печи используют для изготовления стали и сплавов высокого качества. Их применение обходится намного дешевле выплавки металла в вакуумных печах.

Преимущества и недостатки

Применение электродуговых печей для выплавки стали широко используется в металлургической промышленности. Основными преимуществами использования такого оборудования является возможность проведения таких операций:

  • расплавка шихты независимо от ее состава;
  • быстрый нагрев металла в печи;
  • регулировка температурного режима;
  • раскисление металла и получение в результате материала с низким содержанием примесей.

При переплавке стали в печном агрегате создаются все условия для снижения угара легирующих компонентов. Это обеспечивает снизить потери металлов в результате окисления при высоких температурах.

Электродуговые агрегаты широко используются в промышленных целях для переплавки различных металлов. С их помощью можно получить качественные крепкие стальные сплавы. Эффективность работы дуговой печи во многом зависит от качества теплового прибора. Поэтому приобретать следует надежное оборудование у известных и проверенных производителей.

Источник



Сравнение дуговых печей постоянного и переменного тока

Электродуговые сталеплавильные печи появились в конце XIX века, но широкое применение в промышленности получили только к 90 годам ХХ века.

Печи постоянного тока (ДППТ) использовались для массовой плавки металла раньше ДСП переменного тока. В 1878 году Карл Вильгельм Сименс впервые использовал подобную установку с вертикальным графитовым катодом и проводящими элементами подины в качестве анода для плавки металла.

дуговая печь сименса

Heroult_furnace

В 1900 году французский инженер Поль Эру запатентовал технологию плавки металла в электродуговых печах переменного тока (ДСП). Первая плавка произошла в 1905 году. Его технология стала коммерчески успешной, потому для передачи в сетях электроснабжения использовался именно переменный ток. Местные понижающие трансформаторы обеспечивали требуемые параметры тока.

Таким образом, сталеплавильные печи постоянного тока появились раньше ДСП. Но последние использовались гораздо шире. Подобная тенденция сохраняется до сих пор, даже несмотря на дальнейшее развитие технологий обоих типов.

Таб. 1: Сравнение основных параметров ДСП-12 и ДППТ-12

Параметр ДСП ДППТ
Количество графитовых электродов 3 1, катод (анод расположен в подине)
Средний расход графитовых электродов 6 кг на тонну расплавленного металла 1,5 кг на тонну расплавленного металла
Номинальная мощность трансформатора (МВА) 9 6
Среднее время расплавления стали 60 мин. 60 мин.
Конфигурация силовой линии Трансформатор Трансформатор, выпрямитель, реактор
КПД дуги 0,55-0,85 0,40-0,75
Угар шихты Не менее 9% Не более 3%
Уровень шума 85 ДбА 105-110 ДбА
Таб. 1: Сравнение основных параметров ДСП-12 и ДППТ-12

Параметр ДСП ДППТ
Количество графитовых электродов 3 1, катод (анод расположен в подине)
Средний расход графитовых электродов 6 кг на тонну расплавленного металла 1,5 кг на тонну расплавленного металла
Номинальная мощность трансформатора (МВА) 9 6
Среднее время расплавления стали 60 мин. 60 мин.
Конфигурация силовой линии Трансформатор Трансформатор, выпрямитель, реактор
КПД дуги 0,55-0,85 0,40-0,75
Угар шихты Не менее 9% Не более 3%
Уровень шума 85 ДбА 105-110 ДбА

дуговая печь переменного тока

Дуговые сталеплавильные печи переменного и постоянного тока имеют много общего:

  1. Исполнение основных конструктивных элементов.
  2. Схемы завалки шихты и разлива расплавленного металла.
  3. Тип используемых огнеупорных материалов для футеровки.
  4. Технологические процессы плавления и доводки стали.

ДСП и ДППТ настолько схожи по конструкции и эксплуатации, что печи переменного тока могут быть переоборудованы для работы с постоянным.

В некоторых областях выбор типа печей четко обусловлен условиями работы оборудования. В других для определения подходящего типа установки понадобится провести тщательный технико-экономический анализ.

ДСП — дуговая печь переменного тока

ДСП или дуговая сталеплавильная печь переменного тока отличается от ДППТ количеством и расположением электродов. В установках такого типа ток течет между электродами и шихтой или расплавленным металлом, который выступает в роли анода.

Достоинства

Главное достоинство дуговых печей переменного тока в том, что они обходятся дешевле. Отсутствие в печной цепи сложных тиристорных или диодных преобразователей, а также реакторов снижает капитальные затраты в среднем на 30%.

ДСП обходятся дешевле ДППТ, и имеют ряд преимуществ:

  1. Сопоставимая производительность при низкой стоимости.
  2. Более высокий КПД дуги, который в некоторых случаях обеспечивает сниженный в сравнении с ДППТ удельный расход электроэнергии.
  3. Дуга переменного тока короче, но постоянно перемещается. Это снижает вероятность перегрева и размыва подины.
  4. Печь переменного тока продолжает работать, даже если между электродами и расплавом оказывается изолирующая прослойка (холодный шлак после предыдущей плавки, известь, известняк).

Постоянное совершенствование технологии плавления стали и чугуна в печах переменного тока сглаживает их недостатки. Но окончательно от них избавиться еще не получилось.

схема печи переменного тока

Недостатки

Наиболее заметные недостатки печей переменного тока касаются повышенного расхода электродов, шумности, значительному выделению пыли и газов, а также фликеру.

источники шума дуговой печи

Повышенный расход графитовых электродов связан с тем, что их больше. Дуга переменного тока короче, что тоже увеличивает расход. С расходом углеродов происходит дополнительное науглероживание расплавленной стали.

Более высокий уровень шума ДСП обусловлен рядом факторов:

  • Движение (осцилляция) дуги переменного тока (1).
  • Ударная волна во время повторного разжигания дуги (1).
  • Работа кислородных фурм (5).

Дуга ДППТ тоже шумит, но уровень шума ниже. Разница обусловлена отличиями дуг переменного и постоянного тока.

Степень шумности печи также зависит от особенностей ее конструкции и стадии плавления. Завалка шихты (4), подача легирующих элементов (3) и углерода (2) также сопровождаются шумом. Но при прочих равных в случае измерения шума по стандартной процедуре ДСП оказываются шумнее ДППТ.

Базисная точка для измерения уровня шума располагается на расстоянии 5 метров от корпуса печи со стороны, противоположной трансформатору. Высота — 2 метра над уровнем рабочей площадки, наклон — 45 0 .

В трехфазных печах металл контактирует с катодным пятном дуги, которое отличается более высоким удельным тепловым потоком и плотностью дуги. В таких условиях выделяется до 8 раз больше пыли, а угар шихты на 7% выше.

Фликером называется мерцание приборов освещения во время работы установок с переменным режимом работы. Особенно выражено мерцание на начальных стадиях плавки в трехфазных сталеплавильных печах. Чередование активной и реактивной нагрузки, которая приводит к мерцанию осветительных приборов, также отрицательно сказывается на сроке службы трансформатора, электрододержателей и элементов короткой цепи.

ДППТ — дуговая печь постоянного тока

ДППТ или дуговые сталеплавильные печи постоянного тока оснащаются более сложным электротехническим оборудованием, одним-двумя вертикальными графитовыми электродами и токопроводящей подиной.

Токопроводящие узлы, расположенные в подине, имеют несколько конструктивных исполнений:

  • проводящая футеровка;
  • стержневые электроды;
  • пластинчатые электроды;
  • игольчатые электроды.

Таким образом ток в ДППТ течет не между электродами и шихтой. Характер такой дуги и более сложное устройство цепи питания печи обусловливают как достоинства, так и недостатки ДППТ.

Достоинства

На современной стадии развития технологий электротермической обработки металлов качество работы дуговых печей ДСП и ДППТ сопоставимо.

печь постоянного тока 1 электрод

Если же сравнивать современные ДППТ с трехфазными печами, которые эксплуатируются более 20 лет, то первые обладают рядом преимуществ:

  1. Меньший расход электродов. В частности, благодаря значительному сроку службы проводящих элементов подины. Аноды дуговых печей постоянного тока выдерживают 1200 и более плавок (в случае соблюдения технологического процесса).
  2. Дуга постоянного тока может быть длиннее.
  3. Наличие мощных выпрямителей и реактора в цепи питания вполовину сокращает эффект фликера, что положительно отражается на сроке службы оборудования.
  4. Электродинамические силы перемешивают расплавленный металл, что обеспечивает более равномерное распределение легирующих добавок.
  5. Сниженное образование пыли, газов и менее выраженный угар шихты.
  6. Минимальное науглероживание расплава электродом. Количество углерода повышается не более чем на 0,0005%.

Но, несмотря на массу достоинств ДППТ, печи переменного тока все еще более распространены. Это обусловлено условиями эксплуатации и рядом недостатков печей постоянного тока.

Недостатки

Более высокая стоимость, обусловленная сложным электротехническим оборудованием цепи питания печи, удерживает многие предприятия от приобретения печей переменного тока. В процессе эксплуатации исходные капитальные затраты окупаются за счет:

  • сниженного удельного расхода электродов;
  • меньшего процента угара металлов;
  • уменьшенного расхода ферросплавов для раскисления расплава.

Дополнительные элементы цепи питания (тиристорные или диодные преобразователи, выравнивающие реакторы, удлиненная короткая цепь) влияют не только на капитальные затраты. Они также усложняют контур охлаждения, и увеличивают расход теплоносителя.

Проводящие элементы подины обладают увеличенным сроком эксплуатации в сравнении с любыми графитовоми электродами. Но они же требуют дополнительного технического обслуживания под печью. Замена проводящих элементов подины также намного сложнее установки нового графитового электрода.

Источник