Дуговая печь

 

 

 

ЭПЛ. Якутские бриллианты

Дуговые печи переменного тока

В литейном производстве дуговые печи используются для выплавки стали и чугуна из металлического лома и для перегрева жидкого чугуна, получаемого в вагранках или других первичных плавильных печах. В дуговых печах электрическая дуга возникает  непосредственно между электродом и расплавляемым металлом, поэтому их называют печами прямого действия.

Электрический режим работы дуговой печи зависит от режима  процесса плавки.  При расплавлении металлического лома печь работает на максимальной мощности. При доводке жидкого металла до требуемого химического состава мощность печи сравнительно невелика.

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. Дуговые печи состоят из следующих основных частей: корпуса, механизма наклона,  футеровки, свода, механизма перемещения свода, электродов,  электрододержателей и механизма перемещения электрододержателей, электрооборудования, системы водяного охлаждения и гидравлического  привода механизмов.

   Каркас

Все нагрузки от футеровки и жидкого металла, а в некоторых конструкциях иот механизма наклона печи и подъема свода воспринимаются каркасом печи. Каркас может быть цилиндрической или конической формы, слегка расширяющийся кверху.  Каркас сваривают из листовой низколегированной стали и укрепляют ребрами жесткости.  Толщина стенки каркаса зависит от вместимости 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 нанесен 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. Кроме того, сокращаются и простои печи, связанные с ремонтом футеровки.

 Механизм наклона

Для слива металла печь наклоняют  на 10 — 45ᴼ в сторону сливного носка, а для скачивания шлака на 10-15 ᴼ в сторону рабочего окна. Печь наклоняют с определенной скоростью  механизмом  с электрическим или гидравлическим  приводом, находящимся сбоку от нее или под ней.  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, который выполняя роль  теплоизоляции, одновременно компенсирует расширение  огнеупоров при их нагреве и тем самым предохраняет каркас печи от разрушения. Вместо огнеупорных кирпичей иногда применяют  набивные блоки, изготовленные из кварцевого песка или магнезитиового порошка. У сверхмощных сталеплавильных печей стены из огнеупоров  выполнеяют водоохлаждаемыми каналами.

Свод

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

Механизм перемещения свода

При загрузке печей применяют специальные механизмы. Наиболее широко используют метод  загрузки сверху. При загрузке шихты свод вместе 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 начат рабочий цикл- или просто – плавка.

У некоторых печей свод после подъема  остается  в приподнятом положении, а печь выкатывают из – под свода на позицию загрузки. По окончании загрузки печь  устанавливают  в первоначальное положение, а свод опускают.  Механизированная загрузка шихты  позволяет повысить  производительность печи, съэкономить электроэнергию  и исключить тяжелый физический труд.

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 (обычно вместимостью свыше 20-25т) 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 металла зависит от схемы подключения катушек, которая может быть заменена по ходу плавки.

 

Дуговые печи переменного тока

В литейном производстве дуговые печи используются для выплавки стали и чугуна из металлического лома и для перегрева жидкого чугуна, получаемого в вагранках или других первичных плавильных печах. В дуговых печах электрическая дуга возникает  непосредственно между электродом и расплавляемым металлом, поэтому их называют печами прямого действия.

Электрический режим работы дуговой печи зависит от режима  процесса плавки.  При расплавлении металлического лома печь работает на максимальной мощности. При доводке жидкого металла до требуемого химического состава мощность печи сравнительно невелика.

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. Дуговые печи состоят из следующих основных частей: корпуса, механизма наклона,  футеровки, свода, механизма перемещения свода, электродов,  электрододержателей и механизма перемещения электрододержателей, электрооборудования, системы водяного охлаждения и гидравлического  привода механизмов.

   Каркас

Все нагрузки от футеровки и жидкого металла, а в некоторых конструкциях иот механизма наклона печи и подъема свода воспринимаются каркасом печи. Каркас может быть цилиндрической или конической формы, слегка расширяющийся кверху.  Каркас сваривают из листовой низколегированной стали и укрепляют ребрами жесткости.  Толщина стенки каркаса зависит от вместимости 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 нанесен 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. Кроме того, сокращаются и простои печи, связанные с ремонтом футеровки.

Механизм наклона

 

 

 

ЭПЛ. Якутские бриллианты

Для слива металла печь наклоняют  на 10 — 45ᴼ в сторону сливного носка, а для скачивания шлака на 10-15 ᴼ в сторону рабочего окна. Печь наклоняют с определенной скоростью  механизмом  с электрическим или гидравлическим  приводом, находящимся сбоку от нее или под ней.  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, который выполняя роль  теплоизоляции, одновременно компенсирует расширение  огнеупоров при их нагреве и тем самым предохраняет каркас печи от разрушения. Вместо огнеупорных кирпичей иногда применяют  набивные блоки, изготовленные из кварцевого песка или магнезитиового порошка. У сверхмощных сталеплавильных печей стены из огнеупоров  выполнеяют водоохлаждаемыми каналами.

Свод

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

Механизм перемещения свода

При загрузке печей применяют специальные механизмы. Наиболее широко используют метод  загрузки сверху. При загрузке шихты свод вместе 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 начат рабочий цикл- или просто – плавка.

У некоторых печей свод после подъема  остается  в приподнятом положении, а печь выкатывают из – под свода на позицию загрузки. По окончании загрузки печь  устанавливают  в первоначальное положение, а свод опускают.  Механизированная загрузка шихты  позволяет повысить  производительность печи, съэкономить электроэнергию  и исключить тяжелый физический труд.

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 (обычно вместимостью свыше 20-25т) 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 металла зависит от схемы подключения катушек, которая может быть заменена по ходу плавки.

электромагнитное перемешивание металла в дуговой электропечи

  На рисунке показана дуговая печь ДСП-12 Н3, предназначенная для выплавки углеродистых, конструкционных и легированных сталей.  Конструктивно печь выполнена наклоняющейся с подъемом и поворотом (отводом) свода в сторону слива металла на 70 ᴼ. Механизм наклона состоит из двух секторов, установленных на фундаментных балках и цилиндров наклона, закрепленных одним концом к секторам, другим к фундаменту.

дуговая печь, рисунок

   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 электродержатель закреплен на стойке, которая может перемещаться  в вертикальном положении. Механизм подъема и поворота свода работает следующим образом: 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 цехового крана из загрузочной корзины высыпают металлическую шихту,  после сего свод возвращается в исходное положение.

Управление  перемещением электродов  в процессе плавки осуществляется в автоматическом режиме с помощью электрогидравлического регулятора  и насосно-аккумуляторной станции.

Удаление газов из печи происходит через дополнительные отверстия в своде по трубопроводу, соединенному с газоочистной установкой.

Электрическая энергия от трансформатора к электродам подается по шинам и кабелям.  На дуговых печах малой мощности применяют неводоохлаждаемые  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.

 

На рисунке показана дуговая печь ДСП-12 Н3, предназначенная для выплавки углеродистых, конструкционных и легированных сталей.  Конструктивно печь выполнена наклоняющейся с подъемом и поворотом (отводом) свода в сторону слива металла 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 электродержатель закреплен на стойке, которая может перемещаться  в вертикальном положении. Механизм подъема и поворота свода работает следующим образом: 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 цехового крана из загрузочной корзины высыпают металлическую шихту,  после сего свод возвращается в исходное положение.

Управление  перемещением электродов  в процессе плавки осуществляется в автоматическом режиме с помощью электрогидравлического регулятора  и насосно-аккумуляторной станции.

Удаление газов из печи происходит через дополнительные отверстия в своде по трубопроводу, соединенному с газоочистной установкой.

Электрическая энергия от трансформатора к электродам подается по шинам и кабелям.  На дуговых печах малой мощности применяют неводоохлаждаемые  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.

 

 

 

 

ЭПЛ. Якутские бриллианты



Эти материалы будут вам интересны: