Что такое дуговая сталеплавильная печь
Дуговая сталеплавильная печь
Дуговая сталеплавильная печь — электрическая плавильная печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и других материалов.
Содержание
Общее описание дуговой электропечи
В обозначении дуговой сталеплавильной печи, как правило, присутствует её ёмкость в тоннах (например, ДСП-12). Диапазон печей варьируется от 0,1 до 400 тонн. Температура в ДСП может достигать 1800 °C.
Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) состоит из рабочей ванны (плавильного пространства), регулятора мощности дуги и вспомогательных технологических механизмов, позволяющих открыть (закрыть) свод печи, скачать шлак и слить металл. Регулятор мощности дуги представляет собой механизм перемещения электродов с приводом, управляемый программно-адаптивным регулятором электрического режима.
Ранее существовали регуляторы дуги с электромеханическими приводами, которые в силу своей большой инерционности не получают дальнейшего распространения и практически полностью вытеснены регуляторами электрогидравлическими.
Как правило, ДСП имеет индивидуальное электроснабжение через печной трансформатор, подключенный к высоковольтной линии. Мощность трансформатора на больших печах достигает 180 МВт, первичное напряжение 6-35 кВ, на высокомощных печах до 110 кВ, вторичное 50-300В, а в современных печах до 1200 В. Вторичное напряжение регулируется при помощи переключателя ступеней напряжения (ПСН), который может быть как переключаемым при отключенной печи (ПБВ), так и под напряжением (РПН).
Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен снаружи заключена в металлический кожух. Съёмный свод может быть набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо, а может быть из водоохлаждаемых панелей, как и кожух. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь обычно питается трёхфазным током, но есть печи постоянного тока. Современная мощная дуговая печь используется преимущественно как агрегат для расплавления шихты и получения жидкого полупродукта, который затем доводят до нужных состава и степени чистоты внепечной обработкой в ковше.
История
Впервые в мире возможность использования дуги для плавления металлов была показана В. В. Петровым в 1803 году. Петров показал, что с помощью такой дуги можно не только расплавлять металлы, но и восстанавливать их из окислов, нагревая их в присутствии углеродистых восстановителей. Кроме того, ему удалось получить сваривание металлов в электрической дуге.
Хотя ДСП применялись во время второй мировой войны для получения сплавов стали, широкое распространение получила только после её окончания.
Процесс выплавки
Плавка в ДСП, после осмотра печи и ремонта пострадавших участков футеровки (заправка), начинается с завалки шихты. В современные печи шихту загружают сверху при помощи загрузочной бадьи (корзины). Для предохранения подины от ударов крупными кусками шихты на дно бадьи загружают мелкий лом. Для раннего шлакообразования в завалку вводят известь 2-3 % от массы металлической шихты. После окончания завалки в печь опускают электроды, включают высоковольтный выключатель и начинают период плавления. На данном этапе возможна поломка электродов (при плохой проводимости между электродом и шихтой исчезает электрическая дуга и электрод упирается в непроводящий кусок шихты). Регулирование отдаваемой мощности осуществляется изменением положения электродов (длины электрической дуги) либо напряжения на электродах. После периода расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Шлак скачивают через шлаковую летку (рабочее окно), постоянно присаживая шлакообразующие, в течение всего периода плавления, с целью удаления фосфора из расплава. Шлак вспенивают углеродсодержащими материалами для закрытия дуг, для лучшей его скачиваемости и уменьшения угара металла.
Выпуск готовой стали и шлака в стальковш осуществляется через сталевыпускное отверстие и жёлоб путём наклона рабочего пространства (или, если печь оборудована вместо жёлоба донным выпуском, то через него). Рабочее окно, закрываемое заслонкой, предназначено для контроля за ходом плавки (замер температуры металла и отбор пробы химического состава металла). Также рабочее окно может использоваться для подачи шлакообразующих и легирующих материалов (на малых печах). На современных сверхмощных печах подача шлакообразующих во время плавки осуществляется через специальное отверстие в своде конвеерной подачей. Углеродистые материалы для вспенивания шлака подаются в печь либо порционно через свод, либо вводятся инжекционными горелками струей сжатого воздуха. Перед выпуском и во время выпуска в стальковш добавляются легирующие и раскислители, а при отсекании печного шлака еще и шлакообразующие материалы.
Преимущества ДСП
Недостатки
Высокий местный перегрев под электродами; трудность перемешивания и усреднения химического состава чугуна; значительное количество продуктов горения и шума во время работы.
Дуговая сталеплавильная печь
Производство стали захватывающий и весьма интересный процесс. Чтобы металл в итоге оказался крепким и твердым, его необходимо поддавать нескольким процессам, которые применяются при создании данного материала. Дуговая сталеплавильная печь является одной из большого количества и разнообразия оборудования, которое применяется в данном производстве. Немало интересных фактов относится к данному аппарату, который захватывает своими характеристиками.
Основные компоненты и процесс действия сталеплавильной печи
Главной и немаловажной характеристикой дуговых сталеплавильных печей является ее емкость. Существует несколько вариантов данной характеристики. Производство конструкция начинается со 100 килограммов и заканчивается 400 тоннами. Такое разнообразие размеров и вместительности позволяет использовать оборудование в различных помещениях и производственных цехах. (См. также: Мартеновская печь)
В большинстве случаев, выбранная печь должна обеспечить определенное заранее количество изготовленного конечного продукта. Температура в таких печах достигает 1 800 градусов по шкале Цельсия.
Составными элементами оборудования для плавки металла являются:
Дуговая печь имеет и степень развития, по сравнению с нынешними объектами. В прошлые времена было решено использовать в механизме регуляторы дуг с электромеханическим приводом. После того, как доказали неэффективность данного приспособления, стали использовать элекрогидравлику. Регулятор мощности предназначен для передвижения привода и используемого электрода.
Устройство дуговой печи важно знать каждому работнику, который имеет доступ к проведению операций и исполнению подобных обязанностей. Немаловажно знать и основные моменты использования данного оборудования. Стоит отметить, что плавильный аппарат работает от электрической сети, ток от которой поступает на трансформатор. В свою очередь данный трансформатор получает электричество от высоковольтной линии. Максимальное напряжение, которое проходит через устройство ограничено 1 200 вольтов. (См. также: Карта сайта 2)
Дуговые печи используются в помещении, которое специально предназначено для плавления металла. Помещение специально обустраивается по всем нормам и правилам техники безопасности при работе с металлом, электричеством и огнем. Обязательным условием является изготовление дополнительного напольного и настенного покрытия из огнеупорного материала. Условия проведения электрических проводов необходимо учитывать при работе в подобных условиях.
Плавильные печи используют различные методы подключения. Эта особенность зависит от времени разработок, необходимости пребывания аппарата во включенном виде и от некоторых других характеристик. В большинстве случаев используется традиционное питание от трехфазной системы. Некоторые более модернизированные и современные аппараты используют постоянный ток. Каждое отдельное оборудование работает при особых условиях, которые описаны в специальном дополнении или эксплуатационной литературе.
Способ плавления метала, работа оборудования
Немаловажным является постоянный контроль за процессом создания метала. В производственном процессе используется особые правила, которых необходимо придерживаться. Они помогают не только получить качественный исходный материал, но и сохранить здоровье и жизнь человека. Важным навыком при работе с данными устройствами является точное изучение правил поведения при работе с аппаратами. Без наличия особых навыков, рабочее место становится недоступным. (См. также: Железные печи для бани)
Принцип работы дуговой печи достаточно прост для понимания простым человеком. Как только рабочий попадает на свое рабочее место, он начинает рабочий день с осмотра состояния оборудования. Он проверяет наличие возможных видимых неисправностей, ищет несанкционированные следы использования, нарушение в системах устройства. После осмотра подается напряжение и осуществляется запуск устройства. По слуху можно определить состояние аппарата и иногда посторонние шумы свидетельствуют о неисправности оборудования. В таких случаях оно отключается и сообщается о возможной поломке старшему смены.
Если аппарат работает исправно, начинается загрузка сырья, которое используется в процессе добычи стали. Сырье подается в верхнюю часть устройства для плавки. Механизм для подачи материала подносит определенное количество сырья к соплу и засыпает его внутрь разогревшейся печи. В процессе плавления необходимо использовать различные дополнительные компоненты, которые обеспечивают исходному материалу дополнительную прочность.
Сталеплавильная печь готова к процессу плавления после того, как сырье попадает внутрь устройства. После успешной загрузки материалов, которые необходимы для создания качественного металла, в печь поступают специальные электроды. Это позволяет запустить ту самую дугу, которая является частью названия самого прибора.
Если работа исполнена некачественно, электрод может сломаться и печь становится непригодной для дальнейшего использования. Потому и важно иметь познания в использовании данного технологичного оборудования. Опыт становится бесценным при постоянной работе.
В процессе плавления из загруженного сырья образуется два вида продукции. Один из них непригоден для современных целей и называется шлаком, который тщательно убирают из металла. А второй, собственно, сам конечный продукт – жидкий металл, который поступает после процесса плавления на особый участок производства. Там он проходит последующие стадии преобразования. Во время процесса плавления постоянно добавляются различные примеси, которые способствуют получению качественного продукта.
В процессе плавления используются:
Чем хороши и плохи дуговые сталеплавильные аппараты
Хотя современные технологии достигли определенного уровня развития, качество выпускаемой продукции оставляет желать лучшего. Невзирая на глобальную модернизацию, которая коснулась и сталеплавильного оборудования, продукция остается с определенным количеством недостатков. Эти недостатки невозможно устранить, так как особой технологии еще не изобрели.
Среди основных недостатков данных аппаратов можно выделить основные. Данные аппараты маломощны, что является плохим показателем для современного производства. Потребление большого количества электричества сильно перегружает сеть. Повышенное выделение газов негативно сказывается на здоровье людей и атмосфере. Шум, который сопровождает данное оборудование, слишком велик.
Но, не смотря на некоторые помехи, которые доставляют неудобства в производстве металла, аппараты имеют и положительные качества, которые важны при создании металла.
Некоторые современные печи могут потреблять меньшее количество электричества. Это позволяет экономить средства предприятия. Подобное оборудование имеет высокий предел износа, что позволяет использовать один аппарат на протяжении долгого периода времени. Существенное повышение производительности позволяет вырабатывать больше исходного материала. В сравнении с некоторыми изделиями для проделывания тех же операций, повышена мощность оборудования. Некоторые модернизации позволяют ускорить процесс выработки металла.
Преимущества дуговых печей позволяют ускорить процесс создания металла в несколько раз. Стоит обратить внимание на то, что современное производство использует различные варианты плавления. Одно предприятие может использовать совершенно другую технологию и устройства для добычи металла. В то же время, другое предприятие производит сырье особым способом, который кардинально отличается. Естественно, отличается и аппаратура, которая используется на таком производстве. Современный рынок позволяет использовать различное оборудование для достижения одной и той же цели.
Недостатки дуговых печей имеют важное значение в первую очередь для здоровья человека. Газы, которые выделяются при процессе плавления, вредны и несут урон человеческому организму. Немалое количество оборудования загрязняет окружающую природу. Перегруженность электрических сетей может снизить качество доставки электричества в жилые помещения граждан города. Это приводит к постоянному сгоранию ламп накаливания, порче оборудования и потере электричества. Постоянные поломки оставляют жителей города без света на некоторый период времени.
Многие люди пытаются самостоятельно сделать что-то своими руками, тем самым снизив затраты, получив в ходе процесса создания положительные эмоции. Иногда, некоторые приборы созданные людьми без особой подготовки приводят к изменению характеристик прибора. Некоторые приборы просто невозможно создать в условиях домашней мастерской. Несомненно, таким устройством является плавильня. Можно создать примитивную печь, но сложный механизм с использованием электричества лучше оставить для создания профессионалам своего дела.
Плавильные печи своими руками можно создать только при наличии опыта в проведении подобных работ. Важно использовать только качественные составные компоненты. Процесс создания весьма опасен, так как существует большой риск получить травму или лишиться жизни.
Дуговая сталеплавильная печь для производства
Первейшим, кто именно смог сформировать дугу для плавки металла был Петров, еще в далеком 1803 г. Им было доведено, что применяя подобную технологию, возможно не только лишь плавить различного рода железо, а и осуществлять манипуляции согласно возобновлению сплава с окислов в ходе нагрева вещества в обстоятельствах рабочей сферы, включающей углеродистые восстановители. Кроме того, данный ученый выявил, что допускается электрической дугой осуществлять сварные швы на различных металлах.
Дуговая сталеплавильная печь – это
Этот вид элементов представляется гальванической плавильной печью, где используется тепловое влияние электрической дуги для того, чтобы через нее плавить различные сплавы и другие вещества.
В наименовании дуговых сталеплавильных печей, как правило, указывается вместительность камеры в тоннах, к примеру, в модификации ДСП-12 числа означают, что в печи сможет вместиться вплоть до 12 тонн вещества. Из числа типовых исполнений сталеплавильных печей имеется наибольшая нагрузка, доходящая до 400 тонн. В зависимости от области применения, температура, что идет от гальванической дуги может выработать 1800 градусов.
Основными компонентами дуговой сталеплавильной печи представлены: плавильная ванная, стабилизатор силы нагрева дуги, система раскрытия и закрытия дверей печи, автоматический сборник шлака, система перелива жидкого сплава в транспортирующие емкости.
Чтобы четко и вовремя настроить производительность гальванической дуги используется программно-адаптационный стабилизатор, вследствие которому исполняется отображение сигнала для передвижения электродов соответственно вертикали, при помощи привода. Раньше применялись регуляторы с электромеханическим приводом, однако они фактически сейчас не используются, так как обладают одним значительным недостатком: уровень инерции при маневре был весьма высокий, что не разрешало реализовать четкую настройку температуры изнутри печи.
Чтобы предоставить дуговой печи электричество, ее, в большинстве случаев, подключают к своему трансформаторному блоку, а тот в свою очередь запитывается с высоковольтной линии электропередач. В случае если расценивать более сильные трансформаторы, то их нагрузка может соответствовать 300В. Имеется и второстепенный уровень напряжения, интервал которого колеблется с 50 вплоть до 300В (бывают отдельные модификации печей, где напряжение способно доходить 1200В). Первоначальная степень напряжения допустима в границах от 6 до 35 кВт (мощные модификации дуговых печей могут действовать с мощностью в 110 кВт). Для того чтобы реализовывать регулирование напряжения второстепенного уровня, применяется поочередный коммутатор, трудоспособность которого остается постоянной в том числе и в системе плавки.
Сама процедура расплавления сплава протекает в трудовом резервуаре печки, что исполнен в форме полусферы, верхушка которой накрывается куполовидным сводом. Подина, стены и купол производятся только лишь с огнеупорных веществ, не изменяющих собственную структуру при воздействии высоких температур. Один из типов подобного вещества является кирпич, внешние стены коего как правило оборудуются панелями водяного охлаждения. Куполовидный свод в своем устройстве содержит 3 симметрично рассредоточенные отверстия, сквозь которые вмонтированы токопроводящие электроды с графита, обладающие приводами с целью отвесного передвижения вверх или вниз. Питание электропечи в основном выполняется от 3 фаз, однако бывают и слабые установки, что способны работать при применении постоянного тока.
Конструкция дуговой сталеплавильной печи
В данный типах печей корпус, в основном, выполненный из металла, который осуществляет функцию кожуха и имеет сферическое дно. Внутренняя часть этой камеры имеет футеровочные прослойки, материал которых обязательно должен быть огнеупорным. Емкость печи имеет верхнее расположение крышки, форма которой повторяет полусферу. Этот свод состоит из огнеупорного кирпича, уложенного в кольце необходимого диаметра. Для того, чтобы можно было наблюдать за происходящими внутри печи процессами, в стене вмонтировано смотровое окно, стекло которого также должно быть огнеупорным. В нижней части стенки предусмотрено отверстие для слива шлака. Что касается смотрового окна, то оно служит не только для контроля над происходящими процессами, но и как загрузочный отсек, через который в обрабатываемый материал можно добавлять шлакообразующие вещества, руду, ферросплавы, а также брать пробы металла и шлака.
Для того, чтобы печь можно было наклонять либо для слива, либо для добавления других элементов, она устанавливается на специальную люльку, механизм которой устроен по типу качели. Естественно, наклон печи производится не вручную, а с помощью пневматического либо электромеханического привода.
Дуговые печи: принцип действия
В первую очередь в дуговую сталеплавильную печь загружается шихтовый материал, который при помощи специального ковша с раздвижным дном определяется внутрь рабочей камеры. Перемещение ковша осуществляется за счет кран-балки с приводом, для открытия нижней части.
После полной загрузки рабочей камеры, она накрывается сводом. Затем, через отверстия в крышке опускают электроды до контакта с шихтой, чтобы спровоцировать короткое замыкание, после чего включается нагрев электрической дуги. За счет издаваемого тепла от дуги осуществляется плавление обрабатываемого материала. В тот момент, когда металл полностью расплавится, он будет состоять из своей жидкой формы и образовавшегося шлака. Через смотровое окошко добавляются легирующие присадки и раскислители, чтобы добиться соответствующего конечного состава готовой стали. Сам шлак, в момент окисления стали, сливается через соответствующие отверстия и когда очищенный металл полностью готов, его также выливают в транспортировочный ковш. Средняя температура расплавленного металла в момент выгрузки его из печи составляет около 1600 градусов.
Существует четыре ступени, которые выполняются в процессе плавки:
Существует ряд параметров, которые проводят лимитацию процесса плавления металла: температурный режим футеровки, мощность электрической дуги. Таким образом, обуславливается отсутствие опасности перегрева футеровки, при максимальной мощности нагрева и низкой температуре внутренней поверхности печи. У футеровки есть свои ограничения по нагреву, температура которого не должна превышать 1800 градусов. Чтобы обеспечить максимальную стойкость к температуре, под изготавливают из кирпича магнезита, который в некоторых случаях исключает применение магнезитового порошка. Что касается стен и свода, то их футеруют с помощью магнезитохромитового кирпича, целостность которого сохраняется до 250 плавильных процедур. Под способен выдерживать намного больше плавок и сохраняет свои качества до 5000 циклов (если при каждой плавке будет насыпаться магнезитовый порошок).
Из-за того, что в процессе обработки и расплавки металла, в период окисления выделяется большое количество запыленных газов, средняя температура которых может достигать 1400 градусов, их необходимо обрабатывать мокрой очисткой и только после этого выбрасывать в атмосферу. Выделяемый газ в период окисления может достигать объема 200 кубометров.
Чтобы снизить потребление электричества, в дуговых сталеплавильных печах рекомендуются следующие действия:
Области использования дуговых печей
Помимо основного использования дуговых сталеплавильных печей, принцип их действия позволил осуществлять физико-химические исследования, для определения количественного состава любого типа материала.
Кроме сталеплавильных модификаций, существуют также печи маленьких размеров. Они служат как для термической обработки, так и тестовых действий по отношению к готовой продукции, к примеру, проверке машинного масла на термическую устойчивость.
Дуговая сталеплавильная печь, её особенности, устройство и принцип работы
В настоящее время при промышленной выплавке стали или различных металлических сплавов в промышленных масштабах используются дуговые сталеплавильные печи. Именно в печах такого типа возможна качественная плавка высоколегированных и легированных сталей, плавить которые в мартеновских и конвертерных печах затруднительна или невозможна.
Особенности дуговых сталеплавильных печей
Сталеплавильная дуговая печь получила своё название от электрической дуги, с помощью которой происходит тепловой эффект в печи. Данного тепла хватает для того, чтобы даже высоколегированные металлы плавились. Рабочая зона дуговой сталеплавильной печи может разогреваться до температуры 1 800 градусов. При этом существуют различные модели дуговых печей, производительность которых начинается от 100 кг до 400 тонн металла.
Если обратиться к истории сталелитейной промышленности, то можно увидеть, что самые первые дуговые печи были сделаны на рубеже девятнадцатого, начале двадцатого века. Но широкое применение дуговых сталеплавильных печей началось после окончания Второй Мировой войны.
Устройство дуговой сталеплавильной печи
Устройство электродуговой сталеплавильной печи, используемой в металлургической промышленности достаточно простое. Сама электродуговая печь состоит из следующих элементов:
Свод печи может быть выполнен как из огнеупорного кирпича, так и из водоохлаждаемых панелей. В своде имеются отверстия сферической формы. В них закрепляются электроды. С помощью регулятора мощности, данные электроды можно перемещать электроды по вертикали. Мощность дуговой сталеплавильной печи регулируется за счёт поднятия электродов на расчётную высоту. Электродуговая печь чаще всего работает от трёхфазного тока. Но иногда встречаются модели, которые используют постоянный ток. Мощные промышленные модели подключаются непосредственно к высоковольтной линии. Для этого в устройстве печи предусмотрен специальный трансформатор.
Принцип работы дуговой печи
Работа электродуговых печей осуществляется по следующему алгоритму:
Достоинства дуговых электропечей
Дуговые электропечи давно уже преобладают на сталелитейном производстве, благодаря преимуществам, которые дает этот способ плавки. Достоинства дуговых сталеплавильных печей заключаются в следующем:
Большинство современных моделей дуговых электропечей используются для плавления железного лома, из которого получают высококачественную сталь. Готовый продукт передаётся на следующий этап обработки. Возможности дуговой сталеплавильной печи позволяют выплавлять огромное количество сортов сталей и чугунов.