4.Производство стали в дуговых печах тема № 3
В дуговых печах переменного тока в течение многих десятилетий выплавляли основную часть высококачественных и высоколегированных сталей, которые было затруднительно либо невозможно выплавлять в конвертерах и мартеновских печах. Основные достоинства дуговых электропечей заключаются в возможности:
быстро нагреть металл, благодаря чему в печь можно вводить большие количества легирующих добавок;
иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки (в восстановительный период плавки), что обеспечивает малый угар вводимых в печь легирующих элементов;
возможность более полно, чем в других печах, раскислять металл, получая его с более низким содержанием оксидных неметаллических включений;
а также получать сталь с более низким содержанием серы в связи с ее хорошим удалением в безокислительный шлак;
плавно и точно регулировать температуру металла.
Принцип работы дуговых электропечей основан на преобразовании электрической энергии в тепловую в электрической дуге. В сравнительно малом объеме дуги при электрическом разряде можно сконцентрировать большие мощности и получить очень высокие температуры (более 3000ºС). Плавление и нагрев металла происходят с большой скоростью.
Дуговые печи подразделяются на печи прямого и косвенного нагрева. В печах косвенного нагрева дуга горит между электродами (рис.1, б). Очаг высоких температур несколько удален от поверхности металла, значительная часть тепла в виде лучистого потока достигает ее после отражения от стен и свода печи. Футеровка испытывает высокие тепловые напряжения, что снижает ее стойкость.
В печах прямого нагрева дуга горит между электродом и расплавленным металлом (рис.1, а). Здесь созданы более благоприятные условия передачи тепла от дуги к металлу, т.к. очаг высоких температур находится в прямом контакте с поверхностью металла. В связи с этим в сталеплавильном и ферросплавном производствах распространены печи прямого нагрева.
Рис.1
5.Общие сведения о дуговом разряде тема № 3
Трансформация электрической энергии в тепловую в дуговых печах происходит в разрядном промежутке между торцом электрода и поверхностью металла. Электрическая цепь на этом участке замыкается дуговым разрядом.
Дуговой разряд является одной из форм разряда в газах. В обычном состоянии газ состоит из электронейтральных частиц и ток не проводит. Он приобретает проводимость, когда в нем, помимо электронейтральных атомов и молекул, появляются заряженные частицы - свободные электроны и ионы. В зависимости от причин, вызывающих их появление, разряды в газах подразделяют на несамостоятельные и самостоятельные. Несамостоятельными называют разряды, для поддержания которых на газовый промежуток требуется воздействие внешних ионизаторов, например рентгеновского излучения. Разряды, существование которых не обусловлено внешними ионизаторами, являются самостоятельными. Дуговой разряд относится к числу самостоятельных разрядов.
Кроме дугового, в газах возможны и другие формы самостоятельного разряда, при определенных условиях переходящие одна в другую. Конкретная форма разряда (дуговой, тлеющий и тихий) определяется плотностью разрядного тока и давлением в газовой среде (рис. 2). Дуговой разряд характеризуется высокой плотностью тока (сотни и тысячи А/мм2) и возможен только при определенных давлениях.
Рис. 2
В простейшем случае для возбуждения дуги концы электродов, к которым приложено напряжение, сначала приводят в соприкосновение, а затем разводят на некоторое расстояние. Так же зажигают дугу и в электропечах. При разведении электродов в точках контакта увеличивается сопротивление и растет количество выделяющегося на этом участке Джоулева тепла, повышается температура концов электродов.