О производстве литья

Дуговая печь переменного тока

Дуговая печь используются для выплавки стали и чугуна из металлического лома и для перегрева жидкого чугуна, получаемого в других первичных плавильных печах. В дуговых печах электрическая дуга появляется между электродом и жидким металлом.

Режим работы дуговой печи зависит от режима  процесса плавления.  При расплавлении    шихты печь работает на максимальной мощности. При доводке жидкого металла до требуемого химического состава мощность печи небольшая.

Регулировать режим печи можно, изменяя напряжение на электродах или длину дуги, т.е. силу тока дуги. В первом случае переключают трансформатор: для крупных печей до 25 ступеней, что позволяет для каждого режима плавки подбирать оптимальное напряжение.  Печные трансформаторы устанавливают на минимальном расстоянии от печи, чтобы уменьшить потери электроэнергии.

В цепь высокого напряжения включают реактор (дроссель)  который ограничивает силу тока, при коротком замыкании электродов на металл. Дуговая печь состоят из следующих основных частей: корпуса, механизма наклона,  футеровки, свода, механизма перемещения свода, электродов,   механизма перемещения электрододержателей, электрооборудования, системы водяного охлаждения и гидравлического  привода механизмов.

  Дуговая печь — каркас

Нагрузки от футеровки и жидкого металла, от механизма наклона печи и подъема свода воспринимаются каркасом печи. Каркас дуговая печь, может иметь цилиндрической или конической формы, слегка расширяющийся кверху.  Каркас сваривают из листовой  стали и укрепляют ребрами жесткости.  Толщина стенки каркаса зависит от металлоемкости печи.

Днище каркаса может быть плоским, коническим или сферическим.  В каркасе вырезают отверстия для загрузочного окна и металлической летки.  На больших печах боковые стены каркаса  имеют водяное охлаждение. В ряде случаев каркас печи выше уровня жидкого металла представляет собой отдельные водоохлаждаемые  панели, соединенные между собой болтами.

На поверхности панели, обращенной в рабочее пространство печи, имеются ребра и иглы, на которые наносится тонкий слой  огнеупорной массы.  В подобных печах, хотя потери энергии через стены выше, чем у печей, без охлаждения стен, удельный расход  энергии на тонну выплавляемого металла меньше, так как  время плавки значительно сокращается, уменьшаются  и простои печи, для ремонта футеровки.

Дуговая печь, механизм наклона 

Для слива металла печь наклоняют  на 10 — 45ᴼ в сторону сливного носка,  для скачивания шлака на 10-15 ᴼ в сторону рабочего окна. Механизм наклона печи типа ДСП вместимостью 0,5;1,5; и 3 т состоит из двух гидравлических  цилиндров  размещенных под печью.  К каркасу печи на болтах присоединены два литых сегмента, установленные на литые плиты. На плитах и сегментах выполнены зубья, надежно фиксирующие печь  в определенном положении.  Печь наклоняют при перемещении штока цилиндров, которые шарнирно  соединены с фундаментом и каркасом.

Футеровка

Подина состоит из нескольких слоев. Первый слой, соприкасающийся с жидким металлом и шлаком – набитый из огнеупорного порошка.  При кислом процессе используют  набивку из кварцевого песка, при основном  — набивку из магнезитового порошка. Второй слой подины  при кислом процессе выполняют из динаса, а при основном  — из магнезита. Последующие слои состоят из шамота, диатомита и асбеста.

Стены печей – многослойные. Первый слой в зависимости от процесса выкладывают  из динасового или магнезитового  кирпича, второй – из шамотного кирпича, третий  — из диатомитового порошка, выполняет роль  теплоизоляции, одновременно компенсирует расширение  огнеупоров при их нагреве предохраняя  каркас печи от разрушения. Вместо огнеупорных кирпичей  иногда применяют  набивные блоки, изготовленные из кварцевого песка или магнезитового порошка. У сверхмощных сталеплавильных печей стены из огнеупоров  выполняют водоохлаждаемыми..

Свод

Известны печи с охлаждаемым сводом, в котором футеровка отсутствует  полностью или сохраняется только в центральной части свода,  где расположены электроды. Своды изготавливают с помощью специального шаблона из  высококремнеземистого или  электродинасового нормального и фасонного кирпича.

Механизм перемещения свода

При загрузке печей применяют специальные механизмы. На твердой шихте загружается печь сверху. При загрузке шихты свод с электродами поднимают и поворачивают  на 80-100ᴼ. Открытую печь загружают с помощью  специальных загрузочных корзин.   При окончании загрузки свод возвращают в исходное положение. После этого может быть начата плавка.

У некоторых печей свод после подъема  остается  в приподнятом положении, а печь выкатывают из – под свода на загрузку. По окончании загрузки шихты, печь  устанавливают  в первоначальное положение, а свод опускают.

Электроды

Электрический ток подается внутрь рабочего пространства печи по угольным  или графитированным электродам. Угольные электроды изготовляют из антрацита и кокса, а графитированные – из искусственного графита. Угольные электроды по сравнению с  графитированными имеют  меньшую механическую прочность  и большое удельное электросопротивление.  Поэтому угольные электроды обычно применяют лишь на малых печах (металлоемкостью до 3 т).

Электроды имеют круглое сечение и длину 1000-1800 мм.  В торцах электродов сделаны отверстия с резьбой. По мере обгорания нижней части электрода, находящейся в печи, его наращивают.  Для этого в верхнюю часть работающего электрода   с помощью соединительного ниппеля  ввинчивают новый электрод.

Плотность рабочего тока для графитированных электродов  диаметром 150 мм равна не более 26 А/см², 300 мм – до 19 А/см², 400 мм – до 16 А/см², 500 мм – до 15 А/см², 600 мм – до 10-15 А/см², 700 мм – до 10-13 А/см². Специальные  графитированные электроды,  изготовляемые  с применением «игольчатого» кокса,  допускают плотность тока до 30 А/см² для электродов диаметром  до 600 мм. Плотность рабочего тока для угольных  электродов  диаметром 150 мм не  более 12 А/см², 300 мм – до 10 А/см².

Для таких металлургических процессов, как раскисление и обессеривание металла, для выравнивания температуры металла по глубине ванны металла и облегчения скачивания шлака на печах применяют электромагнитное перемешивание металла. Под подом печи устанавливается  статор (магнитопровод с катушками).  Магнитное поле,  вызываемое катушками, вызывает движение металла.  Необходимая частота тока 0,4 —  Гц.  Направление движения расплава зависит от схемы подключения катушек, которая может быть заменена по ходу плавки.

    На рисунке  дуговая печь ДСП-12 Н3.  Печь выполнена наклоняющейся с подъемом и отводом свода в сторону  на 70 ᴼ. Механизм наклона состоит из двух секторов, установленных на фундаментных балках и цилиндров наклона, закрепленных одним концом к секторам, другим к фундаменту.

   Рабочее окно (ширина 980 мм, высота 690 мм) выполнено в виде водоохлаждаемой коробки. Окно закрывается дверцей с помощью механизма с пневмоцилиндром. Каркас печи сварен  из листовой стали и усилен ребрами и поясами жесткости. Электродержатели предназначены для удержания электродов  и подвода к ним тока.  Каждый держатель электродазакреплен на стойке, которая перемещается  в вертикальном положении. Механизм подъема и поворота свода печи  работает так: при включении механизма он входит в соответствующую часть траверсы, приподнимает ее вместе со сводом и отводит в сторону на 70 ᴼ. Электроды в этот момент должны быть подняты вверх и не мешать  перемещению свода.  В открытую печь с помощью крана загружают металлическую шихту,  после чего свод возвращается в исходное положение.

Управление  перемещением электродов  в процессе плавки осуществляется автоматически.

Удаление газов из печи происходит через дополнительные отверстия в своде по трубопроводу.

Электроэнергия  от трансформатора к электродам подается по шинам и кабелям.  На дуговых печах малой мощности применяют не водоохлаждаемые  кабели, на печах большой металлоемкости – водоохлаждаемые. Участок токопровода от вторичных выводов трансформатора до электродов называют короткой сетью. Для уменьшения потерь энергии в короткой сети ее длина должна быть минимальной. Участок короткой сети, выполненный из гибких кабелей (кабельная гирлянда), позволяет наклонять печь и перемещать электроды.

У дуговой печи охлаждаются водой сводовое кольцо, рамы рабочих окон, электрододержатели, кабели короткой сети, трансформатор, система газоочистки. Расход воды до  330 м³/ч.

Процесс плавки

Процесс плавки заключается в следующем. Перед загрузкой  шихты в печь плавильщик , проводит осмотр футеровки свода печи, откосов печи, рабочего окна (арки). Если требуется проводится мелкий ремонт. Если обнаружены повреждения футеровки при которых вести плавку не безопасно, то плавильщик предупреждает об этом своего руководителя и останавливает плавку.

Если появилась не герметичность системы охлаждения работа прекращается, то же самое происходит при неисправности электрооборудования печи и при нарушении работы механизма наклона печи, подъема  опускания свода.

Далее,  производится загрузка печи шихтой из завалочной корзины. Далее идет загрузка требуемых по технологии ферросплавов и т.д.

Утрамбовывается шихта металлической шайбой при помощи крана. Далее опускается свод печи, при необходимости наращиваются электроды и производится включение печи.

В процессе плавки плавильщик добавляет нужные компоненты  в печь, скачивает шлак, по расплавлению берет пробу металла и отправляет в экспресс-лабораторию предприятия. При получении годного результата анализа печь готовится к сливу металла.

Прочитали статью, понравилось? Пишите свои замечания в комментариях, делитесь ссылкой на статью с друзьями.