Электротехнологические установки (стр. 13 из 32)

высоковольтный пробой дугового промежутка.

1.При касании электродов под напряжением в точке их касания в переходном контакте выделяется тепловая энергия, вызывающая расплавление участка электрода. При последующем разведении мостик из расплавленного

металла взрывается. Под действием электрического поля между электродами

горячие участки электрода эмиттируют электроны, увеличивающие ионизацию

продуктов электрического взрыва жидкого металла и создают цепь тока через образовавшуюся плазму. При ожидаемом токе дуги более 50 А скорость разведения электродов не должна превышать 0,01 м/с.

2.В случаях, когда электроды неподвижны или бросок тока, возникающий при их замыкании, превосходит допустимые пределы, зажигание дуги

производится включением источника питания на закороченные тонким

проводником электроды или электроды, находящиеся под напряжением,

замыкаются тонкой проволокой. Для успешного возбуждения дуги необходимо, чтобы проволочка взрывалась при токе, близком к номинальному току дуги.

Материал проволочки должен иметь высокую температуру плавления, чтобы после ее взрыва температура продуктов взрыва была близкой к температуре плазмы дугового разряда.

3.Зажигание дуги импульсным пробоем дугового промежутка, находящегося под напряжением источника питания дуги, производится с

помощью осциллятора. Осциллятор - это преобразователь тока промышленной частоты низкого напряжения (60-220 В) в ток высокой частоты (150-500 кГц)

высокого напряжения 2000-8000 В.

ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ И РУДНО-ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ

6.1. Классификация дуговых печей

Электродуговые печи применяются в металлургической, химической, машинострительной и ряде других отраслей промышленности. Они могут быть классифицированы следующим образом:

Дуговые печи косвенного действия, где электродуговой разряд горит между электродами, расположенными над нагреваемым материалом, и теплообмен между электрической дугой и материалом осуществляется в основном за счет излучения. Дуговые пени прямого действия. В них электрическая дуга горит между концами электродов и нагреваемым материалом. Нагрев материала осуществляется при выделении энергии в опорных пятнах дуги, протекании тока через расплав, а также за счет излучения плазмы дуги, конвекции и теплопроводности.

Дуговые печи сопротивления. В них дуга горит под слоем электропроводной шихты; теплота выделяется в дуговом разряде и преимущественно при прохождении тока через шихту в расплавленных материалах. Передача теплоты в объем печи осуществляется за счет теплопроводности, излучения и в меньшей мере конвекции.

Рис. 6.1. Схема дуговой печи косвенного действия

Из числа дуговых печей можно выделить вакуумные дуговые печи. В них электрическая дуга горит в инертном газе или парах переплавляемого материала при низком давлении между расходуемым электродом, изготовленным из переплавляемого металла, и ванной жидкого металла, либо между нерасходуемым электродом и ванной жидкого металла.

Приведенную классификацию необходимо дополнить широко внедряемыми в настоящее время плазменными печами или плазменно-дуговыми плавильными установками. В этих установках нагрев металла осуществляется электрической дугой, совмещенной со струей плазмы инертного газа. Это позволяет исключить засорение переплавляемого металла материалом электрода, увеличить интенсивность передачи энергии на ванну печи.

Дуговая печь косвенного действия предназначена для переплава цветных металлов и их сплавов, а также для выплавки некоторых сортов чугуна и никеля. Ее основное преимущество - небольшой угар металла, так как электродуговой разряд не соприкасается непосредственно с переплавляемым материалом. Однофазная дуговая печь косвенного действия (рис. 6.1) представляет собой горизонтально расположенную ванну, футерованную изнутри огнеупором 1. В противоположных боковых стенках ее установлены электроды 2, перемещаемые по мере обгорания механизмами подачи. Переплавляемый материал 3 загружают на дно ванны через отверстие в боковой поверхности корпуса 5. На электроды подается напряжение, затем они сводятся до соприкосновения и возникновения тока в цепи и затем разводятся, что приводит к возникновению электрической дуги 4. Вследствие поглощения выделяемой дугой энергии происходит нагрев и расплавление металла. После расплавления металла печь наклоняется механизмом наклона и из нее сливается расплав. Регулирование мощности печи производится с помощью источника питания за счет изменения тока дуги, а также ее длины при сближении и удалении электродов.

К электрооборудованию дуговых печей косвенного действия относятся печной трансформатор, регулировочный реактор и электропривод механизма подачи электродов.

Ток к электродам подводится по гибким кабелям от печной трансформаторной подстанции. Регулирование расстояния между электродами осуществляют с помощью электропривода, управляемого персоналом дистанционно, или автоматическим регулятором режима.

Дуговые печи косвенного действия производят емкостью 0,25 и 0,5 т. В них применяются графитизированные электроды. Они снабжены трансформаторами мощностью 175-250 и 250-400 кВ·А.

6.2. Дуговые печи прямого действия

Основное назначение дуговой печи прямого действия (рис. 6.2) - выплавка стали в слитки для последующего передела в прокатных цехах, а также для фасонного литья на машиностроительных заводах; получение металлургического сырья, химических продуктов.

Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) состоит из стального кожуха, имеющего цилиндрическую, расширяющуюся или ступенчатую форму 1. Внутри кожуха располагается огнеупорная футеровка 2. Поверх футерованного кожуха печи расположен свод печи 3, через который пропущены электроды 4. Для зажигания дуги электроды вначале опускаются до соприкосновения с расплавляемым материалом, а затем немного поднимаются до возбуждения дуги 6. В процессе плавки электроды перемещаются с помощью механизма подъема электродов 5. Каждая печь имеет рабочие окна и сливное отверстие. Через рабочее окно производится загрузка печи, а через сливное отверстие - ее выгрузка. Иногда печь загружается сверху при снятом или отодвинутом своде. Слив готового металла производится путем наклона печи.

Рис 6.2. Схема дуговой сталеплавильной печи

Для выравнивания химического состава и температуры расплавляемого металла в печах большой емкости имеются электромагнитные устройства для перемешивания расплава.

Электродуговая печная установка снабжена механизмами наклона печи для слива металла, подъема и отворота свода, перемещения электродов. Они могут иметь электромеханический или гидравлический привод. Электроды крепятся в специальных электрододержателях, которые связаны с механизмом перемещения электродов. Ток подводится к электрододержателю с помощью пакета медных шин или водоохлаждаемых труб.

Процесс выплавки электростали в дуговой печи состоит из следующих операций: расплавление скрапа, удаление содержащихся в нем вредных примесей и газов, раскисление металла, введение в него нужных легирующих компонентов, рафинирование, выливание металла в ковш для последующей разливки. Под действием развивающейся в опорном пятне дуги температуры скрап расплавляется и жидкий металл стекает в подину. В шихте образуются колодцы, в которые углубляются опускающиеся электроды до тех пор, пока они не достигнут поверхности расплавленного металла на подине печи.

Расплавление скрапа и шихты приводит к повышению уровня расплавленного металла и для предотвращения короткого замыкания электроды поднимаются. В конце периода расплавления для окончательного доведения состава металла до требуемого в него вводят легирующие добавки и приступают к разливке. Плавка в крупных печах длится 4-6 ч: из них 1,5-2,5 ч длится расплавление и 2-4 ч - окисление и рафинирование металла.

Дуговые сталеплавильные печи являются трехфазными и имеют подину из непроводящего материала. Ванна с металлом в такой печи образует естественную нулевую точку трехфазной цепи, и печь оказывается включенной по трехпроводной системе трехфазного тока без нулевого провода.

Электроды в дуговых печах служат для ввода электроэнергии в зону ее потребления, для расплавления шихты и получения необходимых материалов. Электроды подразделяют на нерасходуемые и расходуемые. Основные требования, предъявляемые к ним: достаточная механическая прочность, способность выдерживать высокие температуры, низкое активное сопротивление. В дуговых печах применяются непрерывно наращиваемые графитизированные электроды. Они имеют круглое сечение и обработанные торцы, в которых по оси имеются отверстия с резьбой. В отверстия ввинчены ниппели, выполненные из материала электрода. Ниппели ввинчены до половины своей длины. На выступающую из торца электрода половину ниппеля навинчен следующий электрод и т. д. Таким способом изготовляется электродная свеча, состоящая из нескольких электродов.

В зависимости от диаметра электроды изготовляют длиной 1000-1800 мм. По мере обгорания в печи нижней части свечи электродов она опускается вниз с помощью механизмов перемещения. Когда электрододержатель подходит к своду печи, производится наращивание и перепуск электродов.

Графитизированные электроды изготовляют из искусственного электрографита в специальных электрических печах. Несмотря на то что они дороже угольных, в современных печах в подавляющем большинстве применяются графитизированные электроды. Основное их достоинство - меньшее удельное сопротивление.