title-icon
Яндекс.Метрика

Электропечи

Применяемые в цветной металлургии электропечи по виду превращения электрической энергии в тепловую подразделяются на дуговые, индукционные и печи сопротивления.
В дуговых печах электрическая энергия превращается в тепловую в дуге. По способу нагрева дуговые печи можно разделить на печи прямого действия, печи косвенного действия и печи с закрытой дугой. В печи прямого действия электрическая дуга образуется между электродами и нагреваемым металлом. Металл нагревается дугой, непосредственно соприкасающейся с ней. Печи такого типа применяют для получения металлического никеля. В дуговых печах косвенного действия дуга образуется между электродами над металлом. Тепло передается последнему излучением. Эти печи применяют для получения металлического кобальта и сплавов на медной основе.
В дуговых электрических печах с закрытой дугой дуга образуется под твердой шихтой в слое шлака. Шихта нагревается за счет джоулевого тепла, получающегося при прохождении тока через слой шлака. Иначе говоря, при работе по этому способу дуговая печь превращается в печь сопротивления и обогревающим элементом становится слой шлака. Эти печи принято называть руднотермическими печами. По этому способу работают эпектропечи, плавящие рудную шихту в медной и никелевой промышленности.
В индукционных печах металл надевается токами, создаваемыми электромагнитной индукцией.

В печах сопротивления источником тепла являются нагревательные элементы в виде спирали, полос, которые нагреваются при прохождении по ним электрического тока, а затем отдают тепло по законам теплопередачи излучением и конвекцией.
Из новых методов нагрева в настоящее время следует отметить метод плавления металлов в дуговых вакуумных электропечах, а также с помощью электронного потока и потока ионизированного газа называемой плазмой. Такие печи соответственно называются электроннолучевыми и плазменными печами.
Руднотермические электропечи. Для электроплавки руд и концентратов цветных металлов применяются преимущественно прямоугольные трех- и шестиэлектродные руднотермические печи. Электроды в них расположены вдоль длинной оси. Эти печи закрытого типа с арочным сводом. На отечественных заводах мощные электропечи строят шестиэлектродными.
Шестиэлектродная руднотермическая печь для плавки медноникелевых руд и концентратов показана на рис. 42. Она мало отличается от печей, применяемых для плавки окисленных никелевых руд и медных концентратов. Основные конструктивные и электрические характеристики печей приведены в табл. 21.

Фундамент электропечи в отличие от компактных фундаментов отражательной печи обычно делают столбчатым либо ленточным железобетонным. Такая конструкция фундамента дает возможность свободно наблюдать за состоянием пода и обеспечивать его надлежащее воздушное охлаждение. На фундамент укладывают (см. рис. 42) двутавровые балки, а затем лещадные стальные плиты, на которых в виде обратного свода помещают железобетонное основание и под печи. Продольные и торцовые стены печи опираются на подину. Стены в области расплава выполняют из магнезитового или хромомагнезитового огнеупора. Кладку верхней части стен выше возможного уровня расплава выкладывают из шамотного огнеупора. В последние годы для увеличения компании печи стали применять охлаждение стен электропечи в шлаковом поясе с помощью водоохлаждаемых медных кессонов. На руднотермических печах применяют свод арочного типа из шамотного кирпича толщиной 300—350 мм, так как температура подсводового пространства не превышает 400—600° С. В своде вдоль продольной оси печи имеются три или шесть отверстий для электродов, отверстия для загрузочных шихтовых течек, для отвода газов и заливки конверторного шлака. Крепление электропечи состоит из кожуха, охватывающего стены и подину, и вертикальных колонн двутавровых балок. Колонны противоположных продольных стенок стянуты верхними и нижними тягами.
Для выпуска штейна (ферроникеля) в торцовой части электропечи делают три или четыре шпуровых отверстия. Вследствие большого перегрева штейна (ферроникеля) в электропечах выпуск его из отверстий обычной конструкции опасен, так как штейн (ферроникель) разъедает шпуровое отверстие и горновые не имеют возможности их закрыть. Поэтому в выпускное отверстие вставляют втулку из хромомагнезита или графита с отверстием диаметром до 50 мм. Устройство для выпуска показано на рис. 43.

В отличие от отражательных печей в электропечах отверстия для выпуска шлака делают шпуровыми, т. е. располагают ниже поверхности ванны. Шпуровой выпуск шлака является преимуществом электроплавки, так как он предотвращает унос струей шлака частичек шихты. Шлак выпускают непрерывно через водоохлаждаемую медную втулку, расположенную в торце печи на расстоянии 1350—1750 мм от подины. Глубина ванны шлака достигает 1800 мм, глубина ванны штейна (ферроникеля) 600—800 мм. Температура шлака колеблется в пределах 1300—1450, температура штейна 1200—1300° С.
Производительность — важнейший показатель электропечи, определяется по проплаву шихты в сутки на 1 м2 площади пода печи. Проплав печи в настоящее время колеблется от 5 до 13 т в сутки на 1 м2 площади пода печи. Производительность руднотермических печей различной мощности принято сравнивать по величине суточного проплава, который приходится на каждые 1000 кВА мощности печных трансформаторов. Так, при суточном проплаве 900 т и мощности печных трансформаторов 30 тыс. кВА проплав на 1000 кВА составит (900 : 30 000) х 1000 = 30 т на 1000 кВА в сутки. Производительность печи зависит от способа подготовки шихты к плавке. Плавка подсушенной шихты или агломерата обеспечивает большую производительность электропечи, чем плавка неподготовленного сырья.
Кроме удельного проплава при плавке руд и концентратов в электропечах, большое значение имеет расход электроэнергии. На 1 т твердой шихты расход электроэнергии колеблется в пределах 600—700 кВт*ч. Например, за смену проплавлено 300 т шихты и израсходовано 192 000 кВт ч электроэнергии. Удельный расход электроэнергии составит 192 000 : 300 = 640 кВт*ч на 1 т шихты. Для медной горячей шихты расход электроэнергии 300— 400 кВт*ч/т.
Расход электроэнергии на проплав шихты зависит от многих факторов, однако решающее влияние на удельный расход электроэнергии оказывает химический состав шихты и способ ее подготовки к плавке. Использование электропечи под нагрузкой в течение года достигает 335 суток. В основном время теряется на ремонт и перепуски электродов.
Электропечь для плавки закиси никеля. На отечественных заводах для получения анодного и товарного огневого никеля применяют сталеплавильные трехфазные дуговые электропечи (рис. 44) прямого действия емкостью от 5 до 20 т. Они представляют собой вертикальный цилиндр со сферическим днищем, выложенным из магнезита в 2—2,5 кирпича. Характеристика печей приведена в табл. 22.


Цилиндрическая часть печи покрыта динасовым или кессонированным сводом. Толщина динасового свода 250—350 мм. Свод имеет три отверстия, предназначенные для электродов. Кроме того, в своде есть отверстия для загрузки шихты и отвода электропечных газов. Свод съемный, выложен на шаблоне в металлическом каркасе с ушками. Динасовый свод выдерживает 30—35 плавок, после чего его заменяют без остановки печи на капитальный ремонт. В целях увеличения стойкости свода и улучшения герметизации в последние годы стали устанавливать металлические водоохлаждаемые своды и загружать шихту в печь шнековым питателем через центральное отверстие в своде печи. Для обслуживания печи имеется кессонированное рабочее окно. Напротив рабочего окна расположена летка для выпуска металла. Печь имеет специальный механизм, служащий для наклона печи, для выпуска металла из печи в изложницы или в бассейн для грануляции, или для скачивания шлака. При плавке применяются угольные графитированные электроды диаметром 350— 450 мм. В нижней части электроды сгорают, и периодически их наращивают новыми секциями электродов.
Производительность печи в значительной мере зависит от мощности трансформатора и определяется по формуле
Электропечи

где Q — суточная производительность печи, т;
W — мощность трансформатора, кВА;
k — коэффициент использования мощности трансформатора, обычно k = 0,9/1,1%;
а — средний расход электроэнергии на 1 т продукции, кВт ч/т;
t — коэффициент времени работы печи под нагрузкой, t = 0,92/0 94; cos ф — коэффициент мощности, cos ф = 0,90.
Дуговые вакуумные электропечи и печи шлакового переплава. В цветной металлургии для выплавки слитков из титана, молибдена и сплавов никеля с железом используют дуговые вакуумные электропечи, предохраняющие металл от загрязнения газами воздуха. Материал тигля (изложницы) также может загрязнять металл, поэтому плавку ведут в медном тигле (изложнице), стенки которого охлаждаются гелием или водой при помощи змеевика. Благодаря интенсивному охлаждению тигля на внутренней поверхности его образуется гарниссаж (настыль) — слой твердого металла, вследствие чего металл не сплавляется с медью или футеровкой тигля. Такие дуговые электропечи принято называть гарниссажными. Схема конструкции одной из дуговых вакуумных гарниссажных печей для плавки титана с вольфрамовыми и расходуемыми электродами показана на рис. 45. Для слива металла в изложницу тигель делают наклоняющимся. Плавильный тигель диаметром 900 и высотой 530 мм из меди вмещает 1050 кг титана, до 80% которого может находиться в расплавленном состоянии. Для плавки шихты используют нерасходуемые вольфрамовые электроды. Плавку ведут в среде аргона. После расплавления создают вакуум и откачивают воздух из плавильного пространства печи до остаточного давления 6,66 Па. От этого жидкий металл начинает бурлить, из него выходят вредные газы, всплывают примеси. Поскольку вольфрамовые электроды в вакууме склонны к разрушению, их в этот период отключают и продолжают плавку, пользуясь расходуемым титановым электродом. Титановый электрод сам плавится и поэтому называется расходуемым. Большой объем ванны позволяет в вакуумной дуговой печи плавить кусковую или брикетированную титановую губку и отходы и получать титан высокой чистоты.

Индукционные печи и миксеры. Индукционные электрические печи находят все большее применение в промышленности для плавки сплавов цветных металлов. Действие индукционных электрических печей основано на явлении электромагнитной индукции. Такие печи являются своеобразным трансформатором, электрическая энергия в котором передается индукцией от одной обмотки к другой и превращается в тепловую энергию. Различают два типа индукционных печей: со стальным сердечником и без сердечника

Схема индукционной печи со стальным сердечником показана на рис. 46. Индукционная печь со стальным сердечником является своеобразным трансформатором, где первичная обмотка насажена на стальной сердечник, а вторичной обмоткой служит металл, находящийся в кольцевых каналах печи. Переменный ток напряжением 220—1000 В поступает к первичной обмотке стального сердечника (катушки), создает вокруг этой катушки переменный магнитный поток, который в свою очередь наводит в металле канала печи (вторичной обмотке) индукционный ток, необходимый для плавления шихты. Основная масса металла, расположенная в шахте печи, плавится благодаря циркуляции перегретого металла из канала в шахту печи. Для образования закрытого канала применяют огнеупорную футеровку. Футеровку канала выполняют обычно набивной по металлическому шаблону с последующим обжигом и спеканием непосредственно в печи. Шаблон канала чаще всего делается литым из сплава, который будут плавить в печи. Стальной сердечник отделен от футеровки канала изолированным кольцом. После каждой разливки в канале печи для замыкания вторичной цепи оставляют 25% расплавленного металла от емкости печи. Иначе не представляется возможность нагреть шихту. Шахта печи, где сосредоточена основная масса металла (сплава), заключена в стальной кожух, футерованный огнеупорными изделиями. На боковой поверхности кожуха печи имеется отверстие с леткой для разливки металла. В настоящее время в цехах цветного литья успешно эксплуатируют индукционные канальные печи со стальным сердечником типа ИЛО емкостью 0,75—15 т для плавки латуней и меди и типа ИА емкостью 0,5—6 т для плавки алюминия и его сплавов.
Индукционная печь без стального сердечника представляет собой катушку с первичной обмоткой (индуктором), внутри которой находится тигель с металлом. Через индуктор — первичную обмотку — пропускается переменный ток, создающий переменное магнитное поле, которое проходит через металл, находящийся в тигле. Это магнитное поле создает в металлической шихте токи, вследствие чего выделяется тепло, необходимое для плавления. Индуктор — первичная обмотка печи — выполнен из полого медного проводника (спирали), охлаждаемого водой. Индукционные печи без стального сердечника выполняются обычно в виде наклоняющего тигля и называются тигельными индукционными печами. Работают эти печи под высоким напряжением и применяются для плавки алюминия, магния и их сплавов. Индукционные печи создают более благоприятные условия для получения чистых металлов вследствие отсутствия таких источников загрязнения, как электроды.
В современных литейных цехах для получения слитков из плавильных печей сливают металл в приемник, называемый миксером. Он служит промежуточной емкостью между плавильной печью и машиной непрерывного литья. С печью миксер соединен закрытым каналом и вплотную примыкает к кристаллизатору машины непрерывного литья. Миксеры делают индукционными со стальными сердечниками емкостью от 5 т и болee. Металл в миксере усредняют по химическому составу, нагревают до температуры разливки (литья) и через раздаточную коробку подают в кристаллизатор машины.

Электрическая тигельная печь сопротивления. Электрические тигельные печи сопротивления применяются в небольших литейных цехах для плавки сплавов алюминия, магния и цинка (рис. 47). Тигельная печь состоит из цилиндрического металлического кожуха, футерованного огнеупорными изделиями, и съемного колпака для удаления газов. На кожух и кладку печи укладывают металлические кольца, на которых покоится чугунный тигель. Сплавы металлов плавятся в чугунном или графито-шамотном тигле, установленном в рабочем пространстве печи. Металл в тигле нагревается до температуры 850—1000°C с помощью электрических нихромовых спиральных нагревателей, уложенных на выступы шамотной футеровки. Концы нагревателя выведены в защитную коробку тигля и соединены с источником тока. Для измерения температуры металла вмонтирована термопара.

title-icon Подобные новости