ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ И ФЕРРОСПЛАВОВ»

1. История и современное состояние тема № 1

2. Классификация и обозначение электропечей тема № 1

Установки предназначенные для плавления металлов с использованием электрической энергии, называют плавильными электропечами. Классификация электропечей основана на способе превращения электрической энергии в тепловую. В связи с этим различают печи: дуговые, индукционные, сопротивления, электронно-лучевого нагрева.

В дуговых печах преобразование электрической энергии в тепловую происходит в электрической дуге, являющейся одной из форм разряда в газах.

Если нагрев тела осуществляется непосредственно дугой, горящей между электродом и нагреваемым телом, такие печи называются дуговыми печами прямого нагрева. Если тепло излучается на поверхность нагреваемого тела от дуги, горящей между двумя электродами, расположенными на некотором расстоянии от тела, такие печи можно отнести к печам косвенного нагрева (в черной металлургии такие печи не применяют).

К печам прямого нагрева относятся дуговые вакуумные печи с расходуемым или нерасходуемым электродом. В печах с расходуемым электродом, используемыми в металлургии, дуга горит в вакуумной камере между переплавляемым электродом и поверхностью жидкого металла.

Дуговые плазменные печи с анодом на расплавленном металле относятся к печам прямого действия. В этих печах источником тепла является горящая дуга в потоке газа, нагреваемом до температуры 10000-30000 К. Эти печи в свою очередь изготавливаются с керамическим тиглем или с водоохлаждаемым кристаллизатором.

Если электрическая дуга является основным источником тепла и значительная часть энергии выделяется в нагреваемом теле, имеющем относительно большое электрическое сопротивление, такие печи являются печами смешанного нагрева. К таким печам относятся руднотермические печи (РТП).

В электрических печах сопротивления электроэнергия превращается в тепло в твердых или жидких телах за счет эффекта Джоуля. В настоящее время при нагреве металла под прокатку чаще используются печи сопротивления косвенного нагрева. В этих печах необходимое тепло выделяется в нагревателях, имеющих достаточно большое активное сопротивление, а уже от них передается излучением или конвекцией нагреваемому изделию. Если элементом сопротивления является ванна расплавленного шлака, то такие печи называются печами электрошлакового переплава (ЭШП). В этих печах при прохождении тока шлак, обладающий большим электросопротивлением, нагревается до высокой температуры. Переплавляемый с целью рафинирования электрод, погруженный в него, оплавляется и металл каплями перетекает с электрода через шлак в водоохлаждаемый кристаллизатор.

Если превращение электрической энергии в тепловую осуществляется в самом изделии, включенном непосредственно в сеть, то такие печи называются печами сопротивления контактного нагрева.

Индукционные печи служат для нагрева тел в электромагнитном поле за счет теплового действия электрического тока, протекающего по нагреваемому телу и возбуждаемого в нем благодаря явлению электромагнитной индукции. При индукционном нагреве тепло наиболее полно усваивается телом, т.к. оно выделяется непосредственно в нем.

Индукционные плавильные печи делятся на канальные (ИКП) с сердечником (для выплавки чугуна) и тигельные (ИТП) без сердечника. Тигельные печи по принципу действия подобны воздушным трансформаторам. Первичная обмотка – индуктор вокруг тигля, вторичная обмотка и одновременно нагрузка – расплавленный металл в тигле. Эти печи просты по конструкции и малогабаритны, их можно помещать в вакуумную камеру.

Индукционные печи используются в черной металлургии также и для сквозного нагрева заготовок по всему поперечному сечению.

В электронно-лучевых печах (ЭЛП) плавление или нагрев материала осуществляется в глубоком вакууме за счет бомбардировки потоком электронов поверхности обрабатываемого материала. Источником электронов может служить кольцевой катод, радиальная или аксиальная электронная пушка.

На основании вышеизложенного составим блок-схему классификации электрических печей:

Обозначения электропечей обычно основываются на методе нагрева с учетом обрабатываемых материалов и технологических особенностей.

Согласно обозначениям, принятым ВНИИ электротермического оборудования, а также заводами изготовителями электротермического оборудования, все электропечи серийного производства маркируются тремя основными буквами. Цифровые обозначения, следующие за буквами, означают емкость печи в тоннах, а для дуговых вакуумных печей – максимальный диаметр переплавляемого слитка в дециметрах, для ЭЛП – число электронных пушек. Дополнительные буквы после цифр, как правило, обозначают режим работы печи или технологию процесса. Например для индукционных вакуумных печей буквы П и Н характеризуют способ разливки металла: И – в изложницу, К – в кристаллизатор, С – в изложницу со складированием слитков, Ф – в форму и Ц – в центробежную машину.

Первая из основных букв в маркировке печи обозначает способ нагрева: Д – дуговой, С – сопротивлением, И – индукционный, Э – электронный. Вторая буква определяет металл или сплав, а также назначение печи. Например, буква С – сталь и сплавы, Л – лабораторная печь. Третья буква определяет основной конструктивный или технологический признак: П – поворотный свод, Т – тигельная печь, В – вакуумная печь.

Вторая буква в маркировке электропечей сопротивления после С обозначает тип печи: Ш – шахтная, Г – колпаковая, К – конвейерная, Т – толкательная, Р – с рольганговым подом, Б – барабанная. Третья буква обозначает характер газовой атмосферы, поддерживаемой в печи: О – обычная, З – защитная.

Обозначение дуговых вакуумных печей формируется следующим образом: вторая буква в шифре обозначает переплавляемый металл (сталь – С), средняя цифра обозначает максимальный диаметр слитка в дециметрах, последняя цифра – массу слитка в тоннах, буква перед последней отражает: Г – переплав в глухой кристаллизатор, В – вытяжка слитка.

Например: ДСП-200 – дуговая сталеплавильная печь с поворотным сводом емкостью 200 т.

ИСТ-1 – индукционная сталеплавильная тигельная печь емкостью 1 т.

ДСВ-14-Г60 – дуговая вакуумная печь для переплава стального слитка массой до 60 т в глухой кристаллизатор диаметром до 0,14 м.

СТЗ – печь сопротивления, толкательная с защитной атмосферой.

В настоящее время для массовой выплавки стали применяют дуговые электропечи, питаемые переменным током и индукционные печи.