|
|
|
8.3 Выплавка стали в электропечах 2
8.3.1 Классификация электропечей 2
8.3.2 Дуговые печи 3
8.3.2.1 Дуговые печи косвенного нагрева (или с независимой дугой) 3
8.3.2.2 Дуговые печи прямого нагрева (или с зависимой дугой) 4
8.3.2.3 Основные требования к сверхмощным дуговым печам (СДП) 5
8.3.3 Дуговые печи с закрытой (шунтированной) дугой, 9
8.3.4 Печи сопротивления 10
8.3.5 Индукционные печи 11
8.3.5.1 Электродинамические явления в индукционной печи БЖС 15
8.3.5.2 Конденсаторы с водомасляным охлаждением 15
8.3.6 Электронно-лучевые печи 17
8.3.7 Особенности устройства и технологии в сверхмощных дуговых печах 19
8.3.8 Особенности технологии выплавки специальных марок стали. 21
8.3.8.1 Технология переплава легированных отходов без окисления («чистый» переплав) 24
8.3.8.2 Физические процессы, идущие в охлаждающейся и кристаллизующейся стали 26
8.3.8.3 Заполнение формы жидкой сталью 26
8.3.8.4 Факторы, определяющие жидкотекучесть стали 30
8.3.8.5 Влияние поверхностных пленок на жидкотекучесть стали 32
8.3.8.6 Влияние газов, выделяющихся из металла 33
8.3.8.7 Влияние плотности, теплоемкости и теплопроводности жидкого металла 33
8.3.8.8 Влияние формы кристаллитов и скрытой теплоты 34
8.3 Выплавка стали в электропечах
8.3.1 Классификация электропечей
По способу преобразования электрической энергии в тепловую или по виду рабочего сопротивления электрические печи можно разделить на несколько групп:
1) дуговые печи;
2) печи сопротивления;
3) индукционные печи;
4) электронно-лучевые печи.
Электрические печи применяют в тех отраслях производства и технологических процессах, основой которых является нагрев материалов или изделий при помощи электрической энергии. Электроэнергия в печной установке снова превращается в тепло по схеме «топливо – тепло – электро-энергия – тепло».
Такая сложная трансформация стоит очень дорого, не более 20-25% выделяющейся в результате сжигания топлива энергии доходит до потребителя.
Поэтому электронагрев применяется в тех технологических процессах, где он имеет явные преимуществапо сравнению с непосредственным использованием энергии топлива, например в мартеновской печи.
Хотя стоимость электронагрева больше стоимости нагрева в топливных печах, он получил широкое распространение в народном хозяйстве. До 10% всей электроэнергии расходуется на электронагрев.
Кроме этого, возможен нагрев диэлектриков и полупроводников в высокочастотном электростатическом поле; нагрев в электролите: электро-проводный объект погружают в качестве катода в раствор электролита, и он нагревается при прохождении по нему постоянного тока.
Дуговые печи
Рабочим сопротивлением является сопротивление дугового газового разряда столба дуги, то есть электроэнергия превращается в тепловую в дуге и передается металлу в основном излучением. Эти печи могут работать как на переменном, так и на постоянном токе. Мощность 3-фазной печи переменного тока разделяется на кажущуюся и активную и выражается известными формулами:
(2.1‑1)
(2.1‑2)
где J,U–сила тока и напряжение, cos –коэффициент мощности.
Мощность постоянного тока выражается
Р= 10-3 J UкВт, (2.1‑3)
По способу нагрева шихты дуговые печи подразделяются на три подгруппы: печи с независимой дугой (косвенного нагрева), печи с зависимой дугой (прямого нагрева) и печи с закрытой, шунтированной дугой (смешанного нагрева) (рис. 12.1).
Дуговые печи косвенного нагрева (или с независимой дугой)
Дуга горит между электродами, передача тепла металлу происходит излучением (частично конвекцией и теплопроводностью). Очаг высокой температуры находится на некотором расстоянии от металла, поэтому угар и испарение последнего невелики. Кладка работает в очень тяжелых условиях. Более половины тепла, излучаемого дугой, сначала попадает на футеровку печи и, лишь отразившись от нее, достигает расплавленного металла.
Дуговые печи косвенного нагрева характеризует хорошее постоянство электрического режима и отсутствие бросков тока и коротких замыканий, возможность плавления металлов с низкой температурой кипения и плавления, а также сложность введения больших удельных мощностей и получения высоких температур расплавляемого металла, высокий удельный расход электроэнергии и огнеупоров.
Печи обычно малой емкости (до 1 т) и мощности (до 500 600 кВт), большей частью однофазные применяют для плавления цветных металлов на основе меди, магния, цинка и др., а также чугуна для фасонного литья.
К печам косвенного нагрева можно отнести дуговые нагреватели газа. Здесь дуга постоянного или переменного тока горит между электродами в потоке газа, нагревая последний до 10000 30000°С. Нагретый газ может быть использован для химических и металлургических целей (дуговые нагреватели газа) для плавки, резки и сварки металлов, а также для напыления (рис. 12.2).
Плазматроны выполняют со стержневыми, трубчатыми или кольцевыми электродами, охлаждаемыми водой. Они могут работать при различных давлениях в дуговой камере вплоть до грубого вакуума. Характерным является сжатие дуги по оси газовой струи (газовая стабилизация), что обеспечивает резкое увеличение температуры в канале дуги и плазменной струи.