Добавить в закладки
Задайте вопрос специалисту
У Вас есть вопросы? Мы поможем !
Промышленные печи

Устройство и принцип работы электродуговых печей

Дуговая печь постоянного или переменного тока предназначена для плавки металлов. Перед началом работ или покупкой печи требуется знание основных теоретических моментов.

Дуговая электропечь в промышленности начала широко использоваться в середине прошлого века. Конструкция постоянно усовершенствовалась и уже именно дуговые печи вытесняют традиционные мартены и домны со сталелитейного производства.

Кто изобрел?

Дуговая электрическая печь, а именно эффект плавления металла с помощью электрической дуги был впервые показан отечественным ученным Поповым в начале 19 века. Такие опыты показали, что с помощью электродуговой установки можно не только расплавлять металл и стали, но и восстанавливать новые материалы из окислов при нагревании совместно с углеродистыми восстановителями. Эти опыты стали прародителем электрической дуговой сварки.

Но параллельно с Поповым, исследования проводились и зарубежными ученными. Уже 1810 году Дэви Гемфри была показана первая экспериментальная установка горения дуги, а в 1853 была осуществлена попытка построения первой плавильной печи Пишоном. 1878 – год, когда Вильгельмом Сименсом был получен патент на изобретение первой печи, работающей на электродуге. Но первая в мире сталеплавильная дуговая установка появилась только 1899 году. Поэтому, споры кто изобрел это устройство тянутся до наших дней.

Широкое применение в сталеплавильной промышленности таких устройств началось после окончания 2 Мировой войны.

Несколько фото электродуговых печей:

к содержанию ↑

Принцип работы

Электрическая печь для плавки металла способна успешно работать  на сталелитейном производстве и в домашней мастерской. Принцип работы любой конструкции работающей с использованием электрической дуги разбит на 3 этапа:

  1. Процесса плавки шихтового материала. На этом этапе, поверхность расплава закрывается пленкой, препятствующей поступлению различных вредных газов. Происходит поглощение фосфора, серы и других химических элементов, влияющих на качество стали и сплавов.
  2. Окисления металлов. На этом этапе корректируется содержание в металле вредных веществ. Максимальный уровень фосфора или серы, не должен превышать 0,15% от общей массы. Для формирования марки сталей важно обеспечить корректировку содержания в ней азота, водорода. Уровень температуры в печи на этом этапе поддерживается выше предела плавления основного вещества на 1200. В качестве окислителя используется кислородный или слой окалины.
  3. Этапа восстановления. В этот период удаляются серные включения, и структура металла доводится до заданного уровня по содержанию легирующих добавок и углерода.

Это общий принцип работы печей, но в зависимости от вида приборов, печь будет работать по определенной схеме. Разберем этот вопрос подробнее.

к содержанию ↑

Постоянного тока

Электродуговые печи постоянного тока – устройства для использования в литейном деле и металлургической промышленности. С помощью поддержания дуги по центру увеличивается срок службы внутреннего слоя огнеупорных кирпичей в камере нагрева металлов. Такая работа приводит к экономии электроэнергии, повышению уровня производительности печей. Такие устройства состоят:

  • наружного корпуса камеры нагрева металлов;
  • свода из огнеупорного материала;
  • нагревательного электрода, который монтируется в своде;
  • в поде камеры установлены 2 электрода;
  • три мощных электромагнита для корректировки положения электродуги;
  • системы контроля над работой установки. В нее входят термодатчики, термопары и другое оборудование для управления процессом. Термопары устанавливают в верхней полости свода, над верхним пределом расплавленного металла, на минимальном расстоянии в 500 мм;
  • блока управления электромагнитами;
  • установлен дополнительный источник тока, с напряжением в 24 В.

Электромагниты удерживают дугу на центре камеры. Они устанавливаются так, чтобы угол отклонения по осям не составляло более 1200.

к содержанию ↑

Переменного тока

Дуговые печи переменного тока – их принцип действия основан на пронизывающем эффекте переменного магнитного потока, который проходит через замкнутый контур камеры. В нее помещены материалы, которые под действием магнитного поля расплавляются. Внутренняя камера заключена в металлический корпус из жаропрочной стали.  Все внутреннее пространство до определенного уровня заполняется расплавленным металлом с легирующими добавками.

Сталь доводится до определенной температуры, проходит все три этапа приведенные выше и после окончания процесса плавки выводится в отдельный канал. При выпуске металла из печи, ток размыкается и расплавленная, готовая сталь сливается в ковши.

к содержанию ↑

Устройство

Дуговая печь с подовым электродом или другой конструкции имеют единый принцип устройства таких агрегатов:

  1. графитированные электроды для электродуговых печей – 3 шт. их устанавливают в специальные держатели, к которым подключены кабели подводящие электроэнергию;
  2. корпус печи выполняется цилиндрической формы. Нижняя часть выполнена в виде сферы, в нее укладывается шихта. В пространстве между электродами, после подачи нагрузки, возникает дуга, и плавильный материал постепенно расплавляется и доводится до жидкого состояния. Внутренняя часть пода выкладывается из огнеупорного материала, способного выдерживать длительное воздействие высоких температур;
  3. наружная часть закрывается при помощи стального корпуса, в плоскостях которого закреплена управляющая автоматика с множеством датчиков и термопар. Модели печей могут дополнительно оснащаться системой водяного охлаждения;
  4. для слива расплава изготовлен специальный желоб;
  5. на лицевой стороне выполнены несколько полостей с дверками для контроля над ходом плавки, забора проб для химического анализа готовности и качества стали;
  6. в корпусе делается несколько полостей для удаления шлаков и добавления легирующих добавок и внесения корректировки в состав стали.

Для нормальной работы потребуется оснастить конструкцию высоковольтным понижающим трансформатором, подключенным к линии ЛЭП, ковшами для слива готовой стали и кранами для загрузки шихты и других добавок. Для обеспечения работы агрегатов устанавливается предохранительная арматура и система аварийного отключения питания, а также блок автоматического управления работой печи.

Такое общее устройство имеет дуговая плавильная печь. Но конструкция может изменяться при разных вариантах печей.

На рисунке указана общая схема электродуговой печи.

Размер электродуговой печи может повлиять на выбор мощности трансформатора, габариты электродов и толщину стен, но общий принцип конструкции остается неизменным.

Размеры электродов подбираются согласно данным установочных документов.

к содержанию ↑

Какие стали можно получить в дуговых печах?

На вопрос, какие стали можно получить в дуговых печах, опытный металлург, не задумываясь, ответит – всевозможные и даже чугун. Даже в сетевых играх «space engineers» и «immersive engineering» вы найдете способы постройки таких печей и производства различных сплавов и сталей. Электродуговые конструкции используются для производства в промышленных и лабораторных или домашних масштабах:

  • конструкционной или легированной стали с различными уровнями содержания углерода и легирующих добавок;
  • тугоплавких сплавов;
  • расплава золота, серебра и других металлов в небольших количествах для ювелирной или домашней мастерской;
  • изготовление всех марок чугуна и для переплавки его в легированную сталь;
  • высокотемпературные стали используются для выращивания монокристаллов, плавки оптического стекла и волокон.
к содержанию ↑

Производители

Рынок сталеплавильной электродуговой техники завален предложениями о поддельных, кустарных моделях по низкой цене. Поэтому планируя покупку, найдите в интернете сайт производителей подобной техники и закажите печи напрямую или через официальных дилеров. Покупая агрегаты у непроверенного продавца, вы рискуете приобрести некачественную и недолговечную конструкцию, пускай и за небольшие деньги.

Приведем краткий список компаний производителей электродуговых печей:

  1. Группа компаний «Thermal Technology» производит разнообразные по конструкции и мощности сталеплавильные агрегаты для лабораторных исследований и металлургической промышленности. Высокотемпературные печи могут проводить плавку в вакууме или при атмосферном давлении. Во всех случаях проводится тщательный контроль состояния воздуха в камере с расплавом. Технику используют не только в сталеплавильной отрасли, она успешно работает при выращивании монокристаллов и для получения оптоволокна.
  2. Российский производитель, компания «Оптим Толедо» выпускает электрические сталеплавильные печи для промышленных установок под маркировкой «ДППТ» и «ЭШП». Модели «ДППТ» — одни из самых мощных промышленных сталеплавийных электродуговых печей. В них собран весь запас конструкторов и эксплуатационников при проведении разработки проекта для плавильных устройств, работающих на переменном электрическом токе. Мощные преобразователи постоянного тока работают для обслуживания печей, модели ДСП.
  3. Дуговая сталеплавильная печь от Тайваньской компании «LEGNUM» — популярная марка производителей на российском рынке. Тиристорные электрические плавильные печи работают не только с металлами. Простота и надежность конструкции позволяет выполнять устройства в 2 вариантах. Они могут поставляться с гидравлической модификацией или редукторной. Отлично подходят для малого и среднего сталеплавийного предприятия с 3уровнем производительности свыше 2000 тонн в течение года.
  4. С 1989 года на российском рынке успешно работает научно – техническая компания «ЭКТА», специализирующаяся на выпуске термического промышленного оборудования. Научные методы, используемые при разработке и проектировании печей позволяют компании конкурировать с зарубежными производителями, особенно по соотношению цены и качества продукции. Дуговые печи переменного и постоянного тока могут использоваться для производства сплавов алюминия и других металлов.
  5. Печи от китайской компании «Чжэнчжоу Ланьшо промышленная печь» обеспечивают быструю плавку при пониженной себестоимости работы агрегата. Минимальные габариты при большом объеме загрузки, отличные показатели по теплоотводящим характеристикам и минимальный уровень загрязнения окружающей среды при полной загрузке и плавления шихты – это не полный список достоинств этой техники. Модели «KGPS 200кВт» применяются для производства нержавейки, чугуна, всех видов легированных, жаропрочных и конструкционных сталей. Можно использовать для получения цветных и драгоценных металлов.

Цены указывать нет смысла, они очень быстро меняются. Поэтому, советуем обратиться к производителям напрямую и узнать стоимость на интересующую вас технику.

к содержанию ↑

Особенности эксплуатации

Работа на таких печах в первую очередь требует соблюдения правил ТБ и охраны труда. Весь цикл работ выполняется в несколько основных этапов:

  • В первую очередь перед началом работ осматривается состояние огнеупорных кирпичей на своде и поде печи. Все пострадавшие или поврежденные участки ремонтируются. Обязательна проверка исправности системы вентиляции и водяного охлаждения.
  • Завалка шихты. Для завалки современных производственных установок используется верхняя система с помощью загрузочных бадей или специальной завалочной машины с ковшом. Такую технику применяют для внесения легирующих добавок или необходимых компонентов для корректировки состава металла в период плавки. На дно пода укладывается мелкий лом, так удается избежать повреждения огнеупорных кирпичей при выполнении этой операции.
  • Для раннего образования шлака и защиты ванны от вредных газов в состав шихты добавляется 2% извести от весы полной загрузки камеры.
  • Печь закрывается сводом с электродами и на них подается питание.
  • На этапе выполнения плавки стали может произойти внезапная поломка одного или нескольких электродов. В основном это происходит при недостаточной проходимости электрического тока, при несоблюдении минимального зазора от кончика электрода до верхней кромки шихты.
  • Регулировка мощности и скорости плавления осуществляется, если изменить положение нагревательного элемента. Тогда изменяется длина электрической дуги. Изменяется нагрузка и при повышении или понижении величины нагрузки поступающего тока.
  • Шихта расплавилась, образовался слой шлаков и расплава металла. Шлак удаляется по специальному каналу на протяжении всего периода работы печи. Это способствует удалению вредных веществ из состава стали. Для этого слой шлака вспенивают с помощью углеродосодержащих материалов, которые прерывают работу электрической дуги.
  • Периодически проводится забор пробы и проведение лабораторного анализа по составу и готовности стали. В домашних условиях эту операцию придется выполнять на глаз. При необходимости можно визуально контролировать ход работы через специальную полость, которая может служить и как леток для добавления и корректировки качества стали или других видов металлов или сплавов.
  • После готовности материала, его выводят через специальные каналы в стальной ковш или выпуск производится при наклоне корпуса печи.
  • После окончания работ выключается питание. Работа и производство одной закладки шихты окончена. Поверхности очищаются от налета и дефектов после остывания печи и только после этого можно производить следующую плавку.

Такая работа должна выполняться на любом предприятии, независимо от размера или объема печи.

В заключение pechnoy.guru еще раз напоминает основную мысль статьи:

Не старайтесь сэкономить на покупке дорогостоящей техники. Никогда не обращайтесь к неизвестным поставщикам и не покупайте технику по акции или распродаже на незнакомом сайте – однодневке. Так вы не только сэкономите средства, но и получите качественную и долговечную технику.

Самые горячие обсуждения
Как приготовить вкусные лепешки в тандыре — простой и быстрый рецепт
Хочу заняться выпечкой лепешек,на продажу. Обожаю лепешки сама.Живем в России, раньше жили в Ташкент...
Марина
Как самостоятельно испечь хлеб в русской печи — проверенные рецепты
Скажите, какие размеры печи нужны, чтобы за раз испечь 70 булок хлеба? Формы под хлеб размерами 21 с...
Дамир
Печь профессора Бутакова «Инженер» — принцип работы и основные характеристики
Олег: Здравствуйте! Печь «Профессор Бутаков Инженер» с чугунной дверцей. Треснуло стекло. Все попыт...
Виктория