Электродуговая печь – это оборудование, в котором термовоздействие на металлы и сплавы оказывает вольтова дуга – один из типов электроразряда в газовой среде. В итоге приложения данной силы материалы начинают плавиться.
Электродуговая печь вакуумная
Этот прибор является изобретением российских ученых, которые в XIX веке провели ряд опытом с использованием дугового разряда. В результате исследований удалось не только расплавить стали, но и создать новые металлические детали с помощью углеродных восстановителей.
Содержание:
- Устройство электродуговых печей
- Электродуговая печь сталеплавильная: принцип работы
- Электродуговая печь для плавки металла
- Производительность электродуговой печи
Устройство электродуговых печей
Сталеплавильные печи имеют сложное устройство. Массивный корпус агрегата имеет форму цилиндра, а поддон – овальную. Именно в нижнюю часть загружаются компоненты для обработки – в виде порошка или брикета, либо порционно. Она изготовляется из сырья, способного выдержать максимальную тепловую нагрузку.
Устройство электродуговых печей
Процесс топки происходит благодаря действию электродов. Они устанавливаются в специальные пазы, к которым с помощью кабелей подведен ток. Электроды получаются путем прессования гидравлической машиной из материалов, содержащих элемент С – нефтяной кокс, каменноугольная смола, пековый остаток. После прижима проводится также обжиг вещества при высокой температуре (до 3000 градусов выше нуля). Стандартное количество электродных элементов в печи – три штуки.
Наружная поверхность представляет собой прочный короб из неогнеопасной стали, в который интегрированы блоки управления. Система контроля над выплавкой включает в себя программный регулятор, который с привлечением приводного момента перемещает электроды. В большинстве случаев схема электродуговой печи имеет гидравлический привод. Также в управленческую схему входят термоэлектрический преобразователь, датчики и другие исследовательские инструменты. Визуальное наблюдение за рабочим циклом можно проводить с помощью дверей небольшого размера, с их же помощью проводится отсечение части материала для исследования физических свойств и качества. Добавить примеси в металлы можно с помощью особых отсеков.
Современные печные установки оснащаются водяным способом охлаждения поверхностей, сливание расплавленного сырья происходит через сток.
Электродуговая печь сталеплавильная: принцип работы
Принцип работы электродуговой печи следующий. Цикл начинается с подготовки шихты. Её загружают в аппарат конвейерным способом при помощи навесной корзины. Далее к полученному сырью добавляют известь в объеме трех процентов от общей массы. После того, как загрузка компонентов для плавки закончена, в машину опускают электроды. Первый этап топки требует особого наблюдения, так как в этот период электрод может поломаться, если между ним и шихтой не возникнет дуга. Также именно в это время поверхность материала покрывается пленкой, защищающей сталь от вредного химического воздействия – происходит поглощение серы и фосфора. После того, как процесс стал стабильным, начинается этап окисления. В этот момент изменяется содержание водорода и азота в металле при помощи смеси оксидов.
Электродуговая печь сталеплавильная: принцип работы
После окончания плавки в аппарате образуются два элемента – непосредственно металл и шлак. Последний сливается через предназначенное для этого отверстие. Стали подвергаются восстановлению – в неё вводятся последние укрепляющие (легирующие) добавки. Заканчивается рабочий процесс сливом готового материала путем наклона плавильной ванны.
Как работает плавильная печь можно было увидеть в фильмах советской эпохи, так как наибольшее распространение эта техника получила после Второй мировой войны и по праву являлась гордостью отечественных ученых и инженеров.
Многих интересует, как в пространстве печи возникает электрическая дуга. Это происходит следующим образом. Если давление среды равно атмосферному, то вследствие установления напряжения между электродами возникает резкое увеличение силы тока. Для того, чтобы обеспечить выход электрона из атома металла и провести ионизацию атома второго электрода, требуется затратить большое количество энергии. Это ведет к накапливанию плазмы и впоследствии – к возгоранию дуги.
Электродуговая печь для плавки металла
Производство стали в электродуговых печах имеет ряд преимуществ. Это использование электроэнергии, что значительно упрощает механизм работы машины, возможность регулировки температуры плавления и других настроек, опция добавления примесей в химический состав металлов. В таком агрегате может быть использован любой исходный компонент с любыми физическими параметрами и формой (гранулы, россыпь, куски).
Электродуговая печь для плавки металла
Ранее на предприятия были весьма востребованы устройства с электромеханическим типом привода, однако, как только наука шагнула вперед и доказала эффективность гидравлического привода, печи стали изготовляться исключительно с последним элементом, что привело к вытеснению электромеханики с рынка.
В XX веке потенциал электродугового оборудования использовался на удовлетворение военных нужд и создание боеприпасов. Сегодня область применения техники расширена и включает в себя:
- металлургические заводы;
- автомобилестроение;
- судостроение;
- лабораторные печи для проведения опытов;
- создание оптоволокна;
- выращивание монокристаллов;
- получение драгоценных металлов и алюминия для бытового использования.
Выплавка стали в печах с электродами имеет и несколько недостатков. Это высокий риск перегрева оборудования из-за постоянного контакта с энергией тока, специфическое перемешивание плавильного состава, вероятность ошибок в получении желаемого химического состава металлов, выброс вредных газов и высокий уровень шума.
Использование плавильных печей возможно только с ознакомлением правил эксплуатации и требований к безопасности на производстве. Каждый сотрудник, контактирующий с аппаратом, должен пройти подробный инструктаж. Перед каждым запуском прибор необходимо осматривать на наличие неполадок. Осмотр начинается с исследования корпуса и поддона на предмет трещин, также проверяется надежность вентиляционной и охлаждающей систем. Перед помещением шихты в полость нагрева её дно необходимо выстелить ломом мелкого размера для защиты от сколов. Внимание! Очень важно соблюдать минимальное расстояние от конца электрода до верхнего слоя насыпанного сырья, указанное в инструкции, - это предотвратит поломку электрода.
После окончания прогона стали проводится обязательная чистка поверхностей после того, как их температура опускается до комнатной.
Световое излучение от дуги опасно для сетчатки глаза человека, поэтому во время работы техники одевают сварочные маски с затемненными очками.
Производительность электродуговой печи
Производительность печи для плавки металла зависит от конфигурации агрегата. В зависимости от масштабов выплавки могут использоваться печи с вместимостью от ½ до 50 тонн. Мощность преобразующего трансформатора при этом варьируется от 0,8 до 40 мегаватт. На качество обработки влияет диаметр электрода. Он составляет пятнадцать сантиметров в малых машинах и доходит до номинальных пятидесяти в устройствах – гигантах. Время плавления шихты обычно не превышает восьмидесяти минут, причем от диаметра графитированного элемента это не зависит – чем больше материала загружено, тем дольше длится процесс.
Производительность электродуговой печи
Согласно проведенным исследованиям, электродуговой прибор не является энергозатратным – при увеличении мощности трансформатора количество потребленного электричества не меняется и составляет 470-540 кВтч/т.
Улучшенные технические характеристики последних моделей позволяют использовать печи для сталеобработки в составе сложных устройств для комплексной обработки металлов (АКОС) и непрерывного литья заготовок в качестве аппарата, обеспечивающего предварительное плавление материалов.
При необходимости машины комплектуются фильтрами газоочистки, пригодными для обеспечения рабочего цикла по типу «ковш-печь», а также вариативными механизмами получения энергии электричества с помощью природного газа.
