2.3.3 Устройство дуговых электропечей

В нашей стране дуговые печи переменного тока строятся в соответствии с типовым рядом вместимостей: 0,5; 1,5; 3; 6; 12; 25; 50;100; 150; и 200 т.

Дуговая электропечь состоят из рабочего пространства с электродами и токоподводами, и механизмов, обеспечивающих наклоны печей, удержание и перемещение электродов, и загрузку шихты. Схема такого рабочего пространства показана на (рис. 2).

Рис.2. Схема рабочего пространства печи:

1 – электроды; 2 – электрическая дуга; 3 – слой шлака; 4 – свод печи; 5 – шлаковня; 6 – заслонка; 7 – ковш; 8 – желоб; 9 – расплавленный металл; 10 – под печи;

11 – рабочее окно; 12 – стены печи; 13 – сталевыпускное отверстие

Плавку стали ведут в рабочем пространстве; на большинстве печей оно имеет свод и стены, выполненные из огнеупорного материала.

Сверху рабочее пространство ограничено куполообразным сводом 4, снизу сферическим подом 10 и с боков стенками 12. Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух. Съемный свод 4 набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на сводовое опорное кольцо. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токоподводящие электроды 1, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь питается трехфазным переменным током. Шихтовые материалы загружают на под 10 печи, загрузочной корзиной, после их расплавления в печи образуется слой металла 9 и шлака 3. Плавление и нагрев осуществляются за счет тепла электрических дуг 2, возникающих между электродами и жидким металлом, или металлической шихтой. Рабочее окно 11, закрываемое заслонкой 6, предназначено для контроля за ходом плавки, ремонта пода и загрузки материалов, а также слива шлака во время плавки в шлаковню 5. Шихту загружают, после отвода свода, сверху в открываемое рабочее пространство с помощью корзины (бадьи) с открывающимся дном. Выпуск готовой стали и шлака осуществляют через сталевыпускное отверстие 13 и желоб 8 в ковш 7 путем наклона рабочего пространства.

Преобразование электрической энергии в тепловую энергию в дуговых печах происходит в разрядном промежутке между торцом электрода и поверхностью металла. Электрическая цепь в этом месте замыкается дуговым разрядом. Дуговой разряд является одной из форм разряда в газах. В обычном состоянии газ ток не проводит. Он приобретает проводимость, когда в нем появляются заряженные частицы – свободные электроны и ионы. В простейшем случаи для возбуждения дуги концы электродов, к которым приложено напряжение, сначала приводят в соприкосновение, а затем разводят на некоторое расстояние. Также зажигается дуга в электропечах. При разведении электродов в точках контакта увеличивается сопротивление и растет количества выделяющего на этом участке джоулева тепла, повышается температура концов электродов. Повышение температуры связано с увеличением кинетической энергии движущихся частиц нагреваемого тела. В материале электродов наибольшей подвижностью обладают свободные электроны. При высоких температурах кинетическая энергия электронов достигает таких значений, при которых часть их преодолевает потенциальный энергетический барьер у поверхности электрода и покидает его. Явление испускания электронов нагретым телом называется термоэлектронной эмиссией. Сила тока в дугах современных электропечей измеряется десятками тысяч ампер. Для переноса такого количества зарядов требуется огромное количество заряженных частиц, которое не может быть обеспечено эмиссией. Основная масса заряженных частиц образуется в результате ионизации газовой среды. На пути к аноду электроны сталкиваются с электронейтральными молекулами и атомами. Движущийся с большой скоростью электрон при столкновении с атомами или молекулами газа сообщает им импульс энергии, который вызывает перемещение электронов в частице на более высокие энергетические уровни или заставляет один или несколько внешних электронов покинуть частицу. В последнем случае появляется новые свободные электроны и положительный ион, которые в свою очередь приобретают ускорение и ионизируют нейтральные частицы и т. д. Общий вид высокомощной водоохлаждаемой печи вместимостью 200 т показан на (рис. 3), а дуговой печи вместимостью 3 т. на (рис. 4 и 5).

Рис.3. Печь ДСП-200:

1 – фундамент; 2 – фундаментная балка; 3 – сливной желоб; 4 – полупортал;

5 – телескопическая стойка; 6 – электрод; 7 – свод; 8 – корпус печи;

9 – рабочее окно; 10 – люлька; 11 – привод механизма наклона

Рис. 4. Эскиз дуговой сталеплавильной печи ДСП-3А

со стороны рабочего окна:

1 – кожух; 2 – заслонка рабочего окна 3 – механизм передвижения заслонки рабочего окна; 4 – кольцо сводовое; 5 – экономайзер; 6 – электродержатель;

7 – Электродержатель; 8 – блокировка и конечное выключение кареток;

9 – кабель гибкий МГЭ-500; 10 – привод перемещение электродов;

11 – механизм подъёма и отворота свода

Рис.5. эскиз дуговой сталеплавильной печи ДСП-3А

со стороны площадки по обслуживанию сливного желоба:

12 – загрузочная корзина; 13 – коробка охлаждения; 14 – сливной носок; 15 – площадка по обслуживанию сливного желоба; 16 – стойка; 17 – механизм наклона;

18 – конечное выключение механизма наклона; 19 – установка маслонапорная;

20 – установка распределительная 21 – лестница подъема на печь