Бесплатная техническая библиотека

Дуговая электроплавильная печь. История изобретения и производства

Справочник / История техники, технологии, предметов вокруг нас

 Комментарии к статье

Вся история металлургии - это борьба за качество, за улучшение физических и механических свойств металла. А ключ к качеству - химическая чистота. Даже крохотные примеси серы, фосфора, мышьяка, кислорода, некоторых других элементов резко ухудшают прочность и пластичность металла, делают его хрупким и слабым. А все эти примеси находятся в руде и коксе, и избавиться от них трудно.

Во время плавки в доменной печи и в мартеновской печи основная часть примесей переводится в шлак и вместе с ним удаляется из металла. Но в тех же домнах и мартенах в металл попадают вредные элементы из горючих газов и ухудшают его свойства. Получить действительно высококачественную сталь помогла электрометаллургия, отрасль металлургии, где металлы и их сплавы получают с помощью электрического тока. Это относится не только к выплавке стали, но и к электролизу металлов и, в частности, расплавленных их солей - например, извлечению алюминия из расплавленного глинозема.

Дуговая электроплавильная печь

Основную массу легированной высококачественной стали выплавляют в дуговых электрических печах.

В дуговых сталеплавильных печах и плазменно-дуговых печах (ПДП) теплогенерация возникает за счет энергетических преобразований дугового разряда, происходящего в воздухе, парах расплавляемых материалов, инертной атмосфере или иной плазмообразующей среде.

Согласно общей теории печей М.А. Глинкова дуговые сталеплавильные и плазменно-дуговые печи представляют собой печи-теплообменники с радиационным режимом работы, поскольку энергетические условия на границе зоны технологического процесса, то есть на зеркале ванны жидкого металла, создают электрические дуги и огнеупорная футеровка рабочего пространства. Кроме этого, в дуговых сталеплавильных печах вертикально расположенные графитированные электроды создают неравномерное излучение дуг, зависящее от диаметра электродов и параметров электрического режима.

По условиям теплообмена между дугами, поверхностями рабочего пространства и металлом, особенностям электрофизических процессов дугового разряда, энергетическому и электрическому режимам всю плавку в дуговых печах от начала расплавления твердой металлошихты до слива жидкого металла делят на этапы.

Перед началом плавки куполообразный свод печи поднимают, отводят в сторону и загружают сверху в печь шихтовые материалы. Затем свод ставят на место, через отверстия в нем опускают в печь электроды и включают электрический ток. Чугун, железный лом и другие материалы начинают быстро плавиться.

По мере оплавления шихты под электродами и вокруг них образуются "колодцы", в которые опускаются дуги и электроды. Наступает этап "закрытого" горения дуг, когда плавление шихты происходит в "колодцах", снизу путем теплопередачи излучением на близлежащие слои шихты и теплопроводностью через слой жидкого металла, накопившегося на подине. Холодная шихта на периферии рабочего пространства нагревается за счет тепла, аккумулированного футеровкой: при этом температура внутренней поверхности футеровки интенсивно снижается с 1800-1900 до 900-1000 градусов Кельвина. На этом этапе футеровка рабочего пространства экранирована от излучения дуг, поэтому целесообразно обеспечить максимальную тепловую мощность с учетом электротехнических возможностей печного трансформатора.

Когда количества наплавленного жидкого металла будет достаточно для заполнения пустот между кусками твердой шихты, электрические дуги открываются и начинают гореть над зеркалом металлической ванны. Наступает этап "открытого" горения дуг, при котором происходит интенсивное прямое излучение дуг на футеровку стен и свода, температура повышается со скоростью до 30-100 градусов Кельвина в минуту и возникает необходимость снижения электрической мощности дуг в соответствии с тепловоспринимающей способностью футеровки.

Схема дуговой электрической плавильной печи. Печь имеет стальной сварной кожух 3. Кожух печи изнутри футерован теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом 1, который может быть основным (магнезитовый, магнезитохромитовый) или кислым (динасовый). Подина 12 печи набивается огнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом в, изготовляемым также из огнеупорного кирпича и имеющим отверстия для прохода электродов. В стенках печи имеются рабочее окно 10 для управления ходом плавки и летка для выпуска готовой стали по желобу 2 в ковш.

Современные дуговые сталеплавильные печи работают на трехфазном токе промышленной частоты. В дуговых печах прямого действия электрические дуги возникают между каждым из трех вертикальных графитированных электродов и металлом. Футерованный кожух в дуговых сталеплавильных печах имеет сфероконическую форму. Рабочее пространство перекрыто сверху купольным сводом. Кожух установлен на опорной конструкции с гидравлическим (реже с электромеханическим) механизмом наклона печи. Для слива металла печь наклоняют на 40-45 градусов, для скачивания шлака - на 10-15 градусов (в другую сторону). Печи оборудованы механизмами подъема и поворота свода - для загрузки шихты через верх печи, передвижения электродов - для изменения длины дуги и регулирования мощности, вводимой в печь. Крупные печи оборудованы устройствами для электромагнитного перемешивания жидкого металла в ванне, системами удаления и очистки печных газов.

Плазменно-дуговая печь

Отечественные плазменно-дуговые печи имеют вместимость от 0,5 до 200 тонн, мощность - от 0,63 до 125 МВт. Сила тока на мощных и сверхмощных плазменно-дуговых печей достигает 50-100 кА.

В зависимости от технологического процесса и состава шлаков футеровка плазменно-дуговых печей может быть кислая (при выплавке стали для фасонного литья) или основная (при выплавке стали для слитков).

Схема плазменнодуговой печи: 1- плазматрон; 2 - электрод; 3 - отверстие с крышкой

Особенностью конструкции плазменно-дуговых печей с огнеупорной футеровкой как разновидности плавильных ванных печей дугового нагрева является наличие одного или нескольких плазмотронов постоянного тока и подового электрода - анода. Для сохранения атмосферы плазмообразующего газа рабочее пространство плазменно-дуговых печей герметизируется с помощью специальных уплотнений. Наличие водоохлаждаемого электрода в подине создает опасность взрыва, поэтому плазменно-дуговые печи снабжают системой контроля состояния футеровки подины и сигнализацией, предупреждающей о проплавлении подового электрода жидким металлом.

В настоящее время работают плазменно-дуговые печи с огнеупорной футеровкой вместимостью от 0,25 до 30 тонн мощностью от 0,2 до 25 МВт. Максимальная сила тока - до 10 кА.

Наиболее энергоемким периодом плавки в печах обоих типов является период плавления. Именно тогда потребляется до 80 процентов общего расхода энергии, причем в основном электрической. Длительность всей плавки в зависимости от принятой технологии выплавки электростали может быть 1,5-5 часов. Электрический коэффициент полезного действия дуговых сталеплавильных печей составляет 0,9-0,95, а тепловой - 0,65-0,7. Удельный расход электрической энергии составляет 450-700 кВт-ч на тонну, снижаясь за счет уменьшения удельной теплоотдающей поверхности для более крупных дуговых сталеплавильных печей.

Плазменно-дуговые печи имеют более низкие показатели. Электрический коэффициент полезного действия у них равен 0,75-0,85. Это объясняется дополнительными потерями в плазмотроне при формировании плазменной дуги. Тепловой же - около 0,6, так как возникают дополнительные потери в водоохлаждаемых элементах конструкции. Особенностью эксплуатации плазменно-дуговых печей является использование дорогостоящих плазмообразующих газов, что вызывает необходимость создания систем регенерации отработанных газов и применения технологически приемлемых дешевых газовых смесей.

Новые возможности в сталеплавильном производстве появились в связи с успешным освоением в конце 1980-х годов донного (через подину) выпуска металла из дуговых электропечей. Такая система выпуска была успешно реализована, например, в сталеплавильном цехе завода фирмы "Тиссен шталь" в Оберхаузене (ФРГ), на 100-тонных печах завода в Фридриксферке (Дания) и др. Они могут довольно длительное время работать в непрерывном режиме, например, датские 100-тонные агрегаты - в течение недели. При выпуске плавки, который длится не более 2 минут, печь наклоняется всего на 10-15 градусов вместо 40-45 градусов (для обычных агрегатов). Это позволяет почти полностью заменить огнеупорную футеровку стен водоохлаждаемыми панелями, резко сократить расход различных материалов и электроэнергии, производить полную отсечку печного шлака.

Как это ни удивительно на первый взгляд, современная дуговая сталеплавильная печь сверхвысокой мощности имеет удельный расход энергии значительно более низкий, чем мартеновская печь. К тому же труд сталевара мартеновской печи значительно тяжелее и утомительнее работы конверторщика или электросталеплавильщика.

Автор: Мусский С.А.

 Рекомендуем интересные статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас:

▪ Автоматические межпланетные станции Вояджер

▪ Автопилот

▪ Стетоскоп

Смотрите другие статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лошади распознают страх человека из-за запаха пота 25.01.2026

Взаимодействие человека и животных далеко не всегда ограничивается жестами, голосом или зрительным контактом. Все больше исследований показывает, что важную роль в межвидовой коммуникации играют химические сигналы - летучие вещества, которые организм выделяет в разных эмоциональных состояниях. Новая работа французских ученых демонстрирует, что лошади способны распознавать страх человека, ориентируясь исключительно на запах его пота. Исследование было проведено группой специалистов из Национального института сельского хозяйства, питания и окружающей среды INRAE во Франции. Ученые сосредоточились на так называемых chemosignals - химических сигналах, сопровождающих эмоции. Если способность собак улавливать человеческий стресс уже хорошо известна, то реакции лошадей до сих пор оставались менее изученными, несмотря на их тесное и давнее сосуществование с человеком. Для эксперимента исследователи привлекли 30 добровольцев, у которых собирали образцы пота в двух разных эмоциональных сос ...>>

Каплю жидкого металла научили вращаться 25.01.2026

Инженерия все чаще отходит от классических представлений о механизмах, заменяя жесткие конструкции гибкими и адаптивными системами. Особенно заметен этот сдвиг в робототехнике, биомедицине и микроэлектронике, где традиционные моторы оказываются слишком громоздкими или хрупкими. На этом фоне разработка команды Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) выглядит принципиально новым шагом: исследователи создали вращающийся двигатель, в котором движение возникает внутри капли жидкого металла. Новый тип актуатора получил название liquid metal droplet rotary paddle motor. Его ключевая особенность заключается в том, что вращение создается не за счет твердых роторов и подшипников, а благодаря управляемой циркуляции внутри самой металлической капли. В экспериментальной установке каплю жидкого металла помещают в солевой раствор и прикладывают к ней электрическое поле, в результате чего внутри возникают вихревые потоки, способные приводить в движение крошечную медную лопатку, погруженную в метал ...>>

Видеоигры, образ жизни и масса тела 24.01.2026

Видеоигры давно стали неотъемлемой частью повседневной жизни миллионов людей и перестали восприниматься исключительно как форма досуга. Однако по мере роста времени, проводимого за экраном, все чаще возникает вопрос о том, как подобные привычки отражаются на здоровье. Новое исследование позволило по-новому взглянуть на связь между увлечением видеоиграми, образом жизни и риском набора лишнего веса. Ученые обратили внимание на то, что избыточная масса тела чаще встречается среди людей, активно играющих в компьютерные игры, по сравнению с теми, кто либо вовсе не играет, либо делает это эпизодически. Особенно заметной эта тенденция оказалась у игроков, которые посвящают видеоиграм более 10 часов в неделю. Именно в этой группе чаще фиксировались неблагоприятные поведенческие факторы, включая нарушения питания, сна и недостаток физической активности. Ранее исследователи уже связывали активное пользование компьютером и распространение скоростного интернета с ростом риска избыточного вес ...>>

Случайная новость из Архива Условно двухмерный полупроводниковый материал из суператомов 25.02.2018 Всем людям известно, что вся нормальная материя в окружающей нас Вселенной состоит из атомов. Однако, исследователи из Колумбийского университета, США, Итальянского технологического института и университета Анже, Франция, создали новый условно двухмерный полупроводниковый материал, основу структуры которого составляют так называемые суператомы, представляющие собой группу из нескольких атомов, демонстрирующую некоторые из свойств единственного атома большого размера. Исследователи ожидают, что созданный ими материал является первым из семейства "суператомных" материалов, которые в будущем найдут применение в электронике и в других областях науки и техники. Отметим, что область двухмерных материалов является очень молодой областью науки, бурно развивающейся в последнее время. У большинства известных двухмерных материалов имеется простая структура, самый известный такой материал, графен, состоит из единственного слоя атомов углерода. Проектирование двухмерных материалов с более сложной структурой, в том числе и на основе суператомов, позволит значительно расширить ассортимент свойств известных материалов и областей их применения. Новый материал носит название Re6Se8Cl2, первые образцы такого материала, правда в его обычной пространственной (трехмерной) форме, были получены еще в 1983 году. Анализ материала показал, что его структура состоит "решетки псевдоквадратных наклонных групп", групп, которые позже были названы суператомами. В новом двухмерном материале суператомы соединены друг с другом при помощи сильных ковалентных связей. Тем не менее, взаимосвязь между слоями материала достаточно слаба, что позволяет отделить отдельные тончайшие слои, сохранив их суператомное строение. Толщина такого слоя составляет порядка 15 нанометров и ученым уже удалось получить большое количество частичек монослойного материала для проведения тщательного изучения его свойств. Первые исследования Re6Se8Cl2 уже позволили выявить некоторые особенности оптических и электронных свойств, являющихся следствием необычной структуры этого материала. Пока еще нет нужды приводить какие-либо точные значения, ведь исследования находятся на самой ранней их стадии и полученные учеными результаты будут уточнены во время следующих исследований. Тем не менее, ученым уже ясно, что новый материал по ряду свойств значительно отличается от других двухмерных материалов и эти свойства позже можно будет использовать при разработке некоторых совершенно новых технологий.

Другие интересные новости:

▪ Самовосстанавливающийся бетон

▪ Устройство для зарядки смартфона и одновременного бэкапа данных

▪ Пластик из биомассы - дешево и сердито

▪ Где искать бесплатный шоколад

▪ Откуда взялись голубые глаза

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Альтернативные источники энергии. Подборка статей

▪ статья Оскар Уайльд. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какой праздник собирает самое большое количество людей в одном месте? Подробный ответ

▪ статья Ясень манновый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Сирена. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Гагаузские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026