Устройство и принцип работы дуговой сталеплавильной печи

В современной практике для выплавки стали в массовых масштабах или ферросплавов широко используется дуговая сталеплавильная печь. В ней обеспечивают плавку основной части высоколегированных сталей и высококачественных легированных сталей, плавка которых в мартеновских или конвертерных печах либо невозможна, либо затруднительна.

Сталеплавильная печь, получившая наименование дуговая, использует в своей работе тепловой эффект от электрической дуги. Этого тепла вполне достаточно, чтобы плавить металл и остальные материалы. Температура в рабочем пространстве печи может достигать 1800 градусов. Дуговые печи рассчитаны на выплавку от 0,1 тонны металла до 400 тонн.

Идея использования электрической дуги с целью выплавки металлов возникла еще в начале девятнадцатого столетия. Первая печь начала функционировать на рубеже девятнадцатого и двадцатого века. Но широкое применение дуговые сталеплавильные печи получили во второй половине прошлого столетия.

Устройство печи

Конструкция дуговой сталеплавильной печи включает:

• Рабочую ванну (пространство, в котором производится плавка);
• Устройство, регулирующее мощность дуги;
• Функциональные технологические механизмы, позволяющие осуществлять процессы загрузки, выгрузки, очистки.

Рабочее пространство печи сверху ограничивается куполообразным сводом, с боков – стенками, снизу – сферическим подом. Огнеупорные стены и под дополнительно снаружи укрыты металлическим кожухом. Свод сталеплавильной печи съемный.

Его устройство может быть двух видов:

• Сборный свод из огнеупорных кирпичей, установленных на опорном кольце;
• Свод из водоохлаждаемых панелей.

В своде дуговой печи устроены симметричные отверстия. В них закрепляются токопроводящие электроды. Печь оснащена механизмом, называемым регулятор мощности, позволяющим перемещать электроды в рабочем пространстве по вертикали.

Регулятор обеспечивает изменение уровня мощности путем перемещения комплекта электродов на расчетную высоту. Косвенным параметром регулирования выступает также разность сигналов, которые пропорциональны току дуги и напряжению фазы.

Сталеплавильная печь обычно использует трехфазный ток, но существуют и модели постоянного тока. Устройство для плавки металла обеспечивается индивидуальным электроснабжением. Для этого используют специальный печной трансформатор, который подключается к высоковольтной линии.

Процесс плавки

Перед плавкой сталеплавильную печь осматривают и при необходимости осуществляют ремонт пострадавших участков. Затем в рабочее пространство производится завалка металлической шихты. Шихта загружается сверху, с использованием загрузочной корзины (бадьи). Для обеспечения раннего шлакообразования в массу вводится известь, в объеме до трех процентов от массы шихты.

В загруженное пространство печи помещаются электроды. Это ответственный этап. Включение электродов должно обеспечивать постоянную электрическую дугу. Для этого следует организовать надлежащую проводимость между корпусом электрода и шихтой. Достигается необходимый уровень проводимости путем изменения положения электродов по вертикали, либо изменением напряжения на них. Тут требуется определенное мастерство, поскольку в противном случае электроды могут просто поломаться.

В результате плавления шихты в сталеплавильной печи образуется слой металла и шлака. Шлак удаляют через рабочее окно, называемое шлаковая латка. В течение всего времени плавления в шихту постоянно вводятся шлакообразующие присадки. Они позволяют удалить из расплавленной массы фосфор. Шлак специально вспенивают с помощью углеродосодержащих материалов, с целью лучшего его удаления и снижения угара металла.

Сталь, доведенная до готовности, выпускается через специальное сталевыпускное отверстие и желоб. Для этого рабочее пространство печи наклоняется, и сталь стекает в стальковш. Сталеплавильная печь может быть оборудована донным выпуском вместо желоба. В этом случае вывод стали осуществляется через него.

Контроль плавки в дуговой сталеплавильной печи производится через рабочее окно, оборудованное заслонкой. С его помощью замеряется температура металла, производится отбор массы для пробы. В малых печах рабочее отверстие используется для введения шлакообразующих веществ.

Перед выпуском стали из сталеплавильной печи непосредственно в стальковш вводится легирующие вещества и раскислители. Для избавления от печного шлака прибавляют шлакообразующие материалы.

Кстати! В печах повышенной мощности добавление шлакообразующих производится через особое отверстие в теле свода посредством конвеерной подачи.

Преимущества печи

Процесс плавки стали с применением тепловой энергии электричества обладает целым рядом преимуществ по сравнению с остальными методами получения стали.

Кстати! Использование электрической энергии позволяет использовать конструкционные детали, подводящие тепло непосредственно к месту плавки, и создавать высокую температуру.

Для энергии электричества атмосфера вокруг сталеплавильной печи не имеет критического значения. Все это способствует получению в результате сталей высокого качества.

Назовем еще преимущества, которыми отличается электродуговая сталеплавильная печь:

• Позволяет осуществлять быстрый нагрев металла, что открывает возможности введения большого объема легирующих добавок;
• Позволяет устанавливать в печи восстановительную атмосферу и вводить безокислительные шлаки, что снижает угар вводимых элементов для легирования;
• Обеспечивает получение металла с пониженным содержанием оксидных неметаллических включений;
• Обеспечивает точное и плавное регулирование температуры выплавляемого металла.

Современные печи используются в основном как устройство для плавления шихты (металлического лома), а затем получения промежуточного продукта, передаваемого на дальнейшую обработку. В печи выплавляют различные сорта сталей и чугуна.