добавляют 10 – 15% мягкого железа. Образующийся при расплавлении шихты первичный шлак из печи не удаляют. Это сохраняет легирующие элементы (Cr, Ti, V), которые переходят из шлака в металл.

4.1.3. Футеровка дуговых электроплавильных печей

Большинство дуговых печей имеет основную футеровку, состоящую из материалов на основе MgO. Футеровка печи создает ванну для металла и играет роль теплоизолирующего слоя, уменьшающего потери тепла. Основные части футеровки – подина печи, стены, свод. Температура в зоне электрических дуг достигает нескольких тысяч градусов. Хотя футеровка электропечи отделена от дуг, она все же должна выдерживать нагрев до температуры 1700°С. В связи с этим применяемые для футеровки материалы должны обладать высокой огнеупорностью, механической прочностью, термо- и химической устойчивостью.

Подину сталеплавильной печи состоит из трех слоев, которые набирают в следующем порядке.

Первый слой, на стальной кожух укладывают листовой асбест, на асбест слой шамотного порошка, два слоя шамотного кирпича.

Второй слой футеровки выполняют из огнеупорного кирпича. Для печей с кислыми шлаками для этой цели применяют динасовый огнеупорный материал, для печей с основными шлаками − магнезитовый огнеупорный материал.

На магнезитовой кирпичной подине набивают рабочий (третий) слой, который соприкасается с жидким металлом и шлаком из огнеупорного порошка. В дуговых печах, работающих с кислыми шлаками, используют набивку из кварцевого песка. В качестве связки применяют жидкое стекло или патоку. При основном процессе используют набивку из магнезитового порошка, связанного каменноугольной смолой и пеком − продуктом нефтепереработки. Толщина набивного слоя составляет 200 мм. Общая толщина подины равна примерно глубине ванны и может достигать 1 м для крупных печей. Стойкость подины составляет один-два года.

124

Стены печи в зависимости от процесса выкладывают из динасового или из магнезитового кирпича. На эти кирпичи укладывают слой шамотного кирпича толщиной 65 мм, затем слой диатомитового порошка толщиной 30 − 40 мм; последний слой асбеста наклеивают на кожух печи. Слой диатомового порошка, являясь не только теплоизолирующим, но и компенсирующим расширение огнеупоров при нагреве печи, предохраняет кожух от разрушения.

Вместо огнеупорных кирпичей применяют набивные блоки, изготовленные из кварцевого песка или магнезитового порошка. При изготовлении стен предусматривают температурные швы. Стойкость стен достигает 100−150 плавок.

В трудных условиях работает футеровка свода печи. Она выдерживает большие тепловые нагрузки от горящих дуг и тепла, отражаемого шлаком. Своды крупных печей набирают из магнезитохромитового кирпича. При наборе свода используют нормальный и фасонный кирпич. В поперечном сечении свод имеет форму арки, что обеспечивает плотное сцепление кирпичей между собой. Стойкость свода составляет 50 – 100 плавок. Она зависит от электрического режима плавки, от длительности пребывания в печи жидкого металла, состава выплавляемых стали, шлака. Температура нагрева свода достигает 1650 − 1700°С, поэтому их, как правило, не теплоизолируют. В настоящее время широкое распространение получают водоохлаждаемые своды и стеновые панели. Эти элементы облегчают службу футеровки.

125

4.2. Дуговые печи для плавки цветных металлов

Для плавки медных сплавов применяют дуговые печи косвенного действия.

Печь (рис.43) имеет два горизонтально расположенных электрода. Дуга, возникающая между электродами, находится на некотором расстоянии от поверхности жидкого металла, вследствие чего угар металла сравнительно небольшой. Для равномерного нагрева рабочего пространства печь имеет бочкообразную форму. При переплаве медных сплавов температура в печи сравнительно невысока. Поэтому для ее футеровки применяют шамотный огнеупор.

Рис.43. Барабанная дуговая печь типа ДМ.

Печь имеет механизм качания. Угол качания изменяется по мере расплавления шихты. Максимальный угол качания составляет 160 − 180°. Наличие такого механизма позволяет более равномерно (по сравнению со стационарной печью) прогревать и перемешивать металл и тем самым предотвращать чрезмерный перегрев футеровки электрической дугой.

4.3. Расчет дуговой печи.

Определяем мощность трансформатора в кВ·А

,

где W − полезная энергия и тепловые потери за время расплавления и

126

межплавочного простоя, кВт·ч;

− продолжительность расплавления (исключая простои), с;

− коэффициент использования мощности трансформатора в период расплавления;

− коэффициент мощности печной установки.

Затем находим напряжение электрического тока. Вторичное напряжение выбирают с учетом мощности трансформатора, габаритных размеров печи, ее емкости и т.д. Для печей небольшой емкости вторичное напряжение равно 225 − 300 В, для печей средней емкости 300 − 400 В и для печей большой емкости до 600 В.

Определяем силу тока в электроде печи в А

где − линейное напряжение, В. Диаметр электрода в см

где − допустимая плотность тока в электроде, А/см2 (см в справочни-

ке).

Полная высота ванны (угол наклона 45°) в м до порога рабочего окна

где А − коэффициент для основных печей, равный 0,31 − 0,345, и для кислых печей 0,38;

G − масса стали в печи, т.

Диаметр ванны в м на уровне порога рабочего окна

где V1 − полный объем ванны, м3.

Диаметр плавильного пространства в м на уровне верхнего края отко-

са

127

где ΔH=(0,14÷0,15) H для печей емкостью до 20 т и (0,12 − 0,13) Н для печей большей емкости.

Высота плавильного пространства печи в м

Толщина футеровки пода в м

Толщина ρо огнеупорного слоя стен составляет 0,23 м для печей емкостью 0,5 − 1,5 т; 0,30 м для 3,0 − 10,0 т; 0,35 − 0,40 м для 15,0 − 40,0т.

Толщина ρт теплоизоляционного слоя стен составляет 0,1 м для печей емкостью 0,5 − 1,5 т; 0,5 − 0,15 м для 3,0 − 10,0 т; 0,15 − 0,2 м для 15 − 40т.

Диаметр кожуха печи в м

128