5.8. Электродуговые и электронно-лучевые нечи

Электродуговые печи косвенного нагрева используют для плавки медных сплавов. Печь (рис. 5.26) имеет стальной цилиндрический кожух, футерованный шамотным кирпичом. Через отверстия в торцевых стенках введены два графитовых электрода, между которыми зажигается электрическая дуга. С целью перемешивания расплава и выравнивания температуры металла печь в процессе плавки непрерывно покачивается.

Электродуговая печь для плавки медных сплавов

Рис. 5.26. Электродуговая печь для плавки медных сплавов:

  • 1 - корпус печи; 2 - графитовый электрод;
  • 3 - ванна жидкого металла; 4 - механизм качания печи

Электродуговые печи прямого нагрева (вакуумные с расходуемым электродом) широко применяют для литья слитков и фасонных отливок из титановых и ряда других металлов и сплавов. Принцип работы, конструкция и технические характеристики элекгродуговых и электронно-лучевых печей будут рассмотрены далее.

5.9 Дуговые печи постоянного тока

Дуговые печи постоянного тока нового поколения (ДППТ) могут применяться для плавки цветных сплавов на основе алюминия и меди, восстановительной плавки никеля и кобальта, переработки отходов черных и цветных металлов, включая стружку и шлаки, а также для других промышленных и экспериментальных целей. Конструктивная схема механической части ДППТ приведена на рис. 5.27.

ДППТ для плавки различных металлов очень близки по конструкции к дуговым сталеплавильным печам переменного тока (ДСП). Однако в эксплуатации они эффективнее ДСП. При сохранении основной элементной базы ДППТ различаются между собой футеро- вочными материалами, выбор которых определяется только требованиями технологов, особенностями систем автоматического управления, мощностью источников электропитания. Это позволяет значительно сократить номенклатуру плавильных печей. ДППТ изготавливаются с широким диапазоном емкостей ванны от 0,2 до 100 т. Технически и экономически ДППТ целесообразны для замены ДСП, вагранок, индукционных тигельных и канальных печей, печей сопротивления, газовых печей для плавки цветных металлов.

Дуговая печь постоянного тока

Рис. 5.27. Дуговая печь постоянного тока:

  • 1 - механизм наклона; 2 - окно рабочее; 3 - футеровка ванны и свода;
  • 4 - кожух ванны; 5 - стойка; 6 - электрододержатель; 7 - траверса;
  • 8 - механизм подъема и поворота свода; 9 - токопровод;
  • 10 - кабельная гирлянда

Технология плавки в дуговых печах постоянного тока обеспечивает:

  • - высокую производительность - время полного цикла расплавления стали составляет 35...40 мин;
  • - низкий удельный расход электроэнергии на расплавление - 420...480 кВт-ч/т;
  • - высокий выход годного металла - 98,5...99,5 % (низкий угар при плавке);
  • - глубокое удаление из расплава неметаллических включений и газов;
  • - низкий угар графигированных электродов - 0,8...1,5 кг на тонну расплава;
  • - управление шлаковыми процесеами;
  • - возможность осуществления восстановительных и окислительных режимов в процессе плавки;
  • - минимальные пылегазовыбросы из печного пространства;
  • - отсутствие специальных требований к огнеупорам, их высокая стойкость, быстрая замена;
  • - возможность выплавки высококачественных металлов при использовании низкокачественной шихты;
  • - возможность плавить при необходимости от 20 до 130 % номинальной емкости печи;
  • - предотвращение образования вредных химических соединений в отходящих тазах.

В ДППТ предусмотрена возможность подавать в зону дуги нейтральный газ, а газоплотность печи увеличить. В этом случае печь по своим характеристикам приближается к печам с нейтральной атмосферой типа плазменных.

В печах за счет стабильного электрического режима угар металла снижен. Дополнительный слив металла составляет 40...60 кг на тонну расплава.

При разработке ДППТ использован опыт создания дуговых печей переменного тока и плазменных печей с керамическим тиглем постоянного тока, разработанных ранее.

Механическая часть ДППТ состоит из частей и механизмов, однотипных с ДСП. Они имеют стальной футерованный кожух, свод, который может быть водоохлаждаемым, стены ванны (могут быть из водоохлаждаемых панелей), механизм наклона печи для слива металла и удаления шлака, механизм перемещения графигированного электрода, механизм подъема и поворота свода или выката ванны для завалки печи шихтой, рабочее окно с дверцей в кожухе. От дуговых печей переменного тока ДППТ отличаются наличием только одного верхнего графитированного электрода (катода), расположенного вдоль вертикальной оси печи, и подовыми электродами (анодами), расположенными в подине печи.

В ДППТ нового поколения обеспечивается направленное перемешивание расплава, снижен вес и габариты трансформаторного оборудования, повышена надежность энергетического оборудования, значительно снижены пылевыбросы, угар металла, расход электроэнергии, достигается значительное улучшение качества выплавляемого металла, значительно увеличена производительность.

Печи футеруются огнеупорными материалами, применяемыми на ДСП. Стойкость подины при обычных «горячих» ремонтах составляет 3-5 лег или от 5 до 7 тысяч плавок. Подина может быть наварена после «срывов», подвергнута промежуточному ремонту и заменена без замены подовых электродов.

Электроснабжение печей постоянного тока осуществляется от силовых источников питания. В электрическую цепь входят трансформаторы, тиристорные шести- или двенадцатиимпульсные преобразователи и сглаживающие реакторы.

При проведении исследовательских работ и промышленном освоении ДППТ для плавки алюминия и его сплавов особое внимание было обращено на обеспечение качества металла. Это связано с тем, что применение высококонцентрированного источника нагрева, которым является дуга, может привести к локальному перегреву, повышенному угару компонентов сплавов, повышенному содержанию включений и отрицательным изменениям механических свойств.

Опыт промышленной эксплуатации ДППТ показал, что реализуемая в них технология выплавки сплавов на основе алюминия, в сравнении с плавкой в печах других типов, позволяет использовать ряд неоспоримых преимуществ.

Во-первых, снижение растворенного в металле водорода и неметаллических включений в большинстве случаев позволяет отказаться от использования обработки расплава флюсами, что сокращает количество отходов.

Во-вторых, мобильность процесса. Печь в любой момент времени может быть включена и при необходимости остановлена (остановка периодом процесса плавки не лимитируется). После включения холодной печи расплав может быть получен максимум через 40 мин. Это позволяет отказаться от дополнительных рабочих смен, сократить количество расплавленного металла в цехе, уменьшить его угар в процессе миксирования, существенно сократить количество печей.

В-третьих, разовая завалка шихты и короткое время расплавления освобождают плавильщиков от частых подзавалок и длительного наблюдения за режимом работы печи.

В-четвертых, отсутствие «болота» и высокая производительность позволяют легко переходить на выплавку различных марок сплавов без создания запаса жидкого металла в миксерах.

В печах ДППТ эффективно реализуется технология переработки отходов в виде стружки и лома алюминиевых сплавов, содержащих трудноизвлекаемые детали из сплавов на основе железа, переплава отходов с отгонкой цинка.

В печи емкостью 400 кг минимальная масса приготавливаемого расплава составляет 50 кг, что облегчает организацию работы цехов различной серийности и номенклатуры деталей и сплавов.

Стойкость футеровки печей достаточно велика. На работы по замене футеровки требуется 0,5-1 сутки (вместо 20 суток при замене футеровки индукционных печей). За период промышленной эксплуатации ДППТ при плавке алюминиевых сплавов было отмечено, что печь легко очищается от шлака и ее ванна не «зарастает». Отсутствие подзавалок шихты в расплав устраняет опасность выбросов металла из печи. Низкий уровень пылегазовыбросов и закрытое плавильное пространство позволяют применять простые устройства вентиляции и газоочистки. Разовая механизированная завалка облегчает эксплуатацию, улучшает условия груда плавильщика.

ДППТ легко вписываются в структуру цехов как при строительстве новых, гак и при реконструкции действующих. Применение источников электропитания постоянного тока позволяет размещать их вдали от печей, в частности, вне цехов.

Опыт эксплуатации ДППТ показывает, что для плавки алюминия и его сплавов могут быть изготовлены печи необходимой емкости и высокой производительности для различных условий производства.

Параметры ДППТ для плавки алюминиевых сплавов приведены в табл. 5.11.

Таблица 5.11

Технические характеристики ДППТ для плавки алюминиевых и медных сплавов

Параметры

ДППТУ-0,5

ДППТУ-1,5

ДППТУ-3

ДППТУ-6

ДППТУ-12

Номинальная емкость, т

0,5

1,5

3

5/7"

10/14"

Номинальная мощность, МВЛ

0,75

1,6

2,7

4

11,2

Диаметр графитированного сводового электрода, мм

150

150

200

300

350

Продолжительность расплавления под током, мин

15

25

25

25

25

Удельный расход электроэнергии на расплавление твердой завалки, кВт ч/т*

410

390

380

380

370

Удельный расход графитированного электрода (не более), кг/т

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

Параметры

ДППТУ-0,5

ДППТУ-1,5

ДППТУ-3

ДППТУ-6

ДППТУ-12

Расход охлаждающей воды, м3/ч*

5

10

15

20

30

Параметры питающей сети:

0,38;6; 10

6; 10

6; 10

6; 10

6; 10

напряжение, кВ;

50

50

50

50

50

частота, Гц; число фаз

3

3

3

3

3

Диаметр кожуха на уровне откосов, мм

1600

2000

2500

3100

3800

Масса металлоконструкций, т

6,3

12

30

50

90

' Величины параметров являются расчетными, зависят от соблюдения технологического регламента плавки и уточняются при эксплуатации электропечи,

" Числитель - емкость для алюминиевых сплавов, знаменатель - емкость для медных сплавов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >