Дуговая печь

Дуговая сталеплавильная печь – это электрическая печь, предназначенная для плавки металлов, а также иных материалов. Для получения высокой температуры в электрической печи используется тепловой эффект электродуги. На графитовый электрод подается напряжение. Между графитовым электродом и металлом возникает электрическая дуга, формирующая высокую температуру, при помощи которой и происходит плавление металла.  Вместимость электрических дуговых печей составляет от полутонны до 400 тонн.

История возникновения дуговых печей

Впервые дуговой разряд для плавки металлов применил В. В. Петров в 1803 году, показав, что таким способом можно не только плавить металлы, но проводить их восстановление из окислов.

Первая электрическая дуговая печь была запатентована Вильгельмом Сименсом в 1879 году. Через 10 лет Эру построил первую дуговую сталеплавильную электрическую печь прямого действия. Однако, широкое применение для получения сплавов стали электропечи получили лишь во второй половине 20 века.

Виды дуговых печей 

• Дуговые печи косвенного действия – дуга возникает между электродами, которые располагаются над металлом, тепло металлу от дуги передается через излучение и конвекцию.
• Дуговые печи прямого действия – дуга возникает между электродом и самим металлом, тепло металлу передается непосредственно через энергию самой дуги.
• Дуговые печи сопротивления – дуга возникает под слоем шихты, тепло от дугового разряда в объем печи происходит за счет теплопроводности, излучения и конвекции.
• Вакуумные дуговые печи – дуга возникает либо в инертном газе, либо в парах плавящегося металла.
• Плазменно-дуговые печи – металл нагревается электродугой одновременно со струей плазмы.

Работа дуговой печи

Дуговая печь косвенного действия

Дуговые печи косвенного действия применяются для переплава цветных металлов и выплавки отдельных видов чугуна и никеля. Емкость таких печей невелика, и колеблется в диапазоне 250-500 кг.

В дуговых печах косвенного действия используются графитизированные электроды, связанные при помощи гибких кабелей с печной трансформаторной подстанцией мощностью 175-400 кВт.

Величина электрической дуги (температура) регулируется изменением расстояния между электродами, которое осуществляется дистанционным электроприводом.

Ванна дуговой печи косвенного действия, в которой идет расплав металла, изнутри футеруется огнеупорным материалом. На боковых стенках такой ванны находятся электроды. В боковой поверхности корпуса ванны имеется отверстие, через которое загружается металл для переплавки. После загрузки металла на электроды подается напряжение, и они сводятся вместе, замыкая электрическую цепь, в которой начинает протекать ток. После этого электроды разводятся на небольшое расстояние, в результате чего возникает электрическая дуга, энергия которой плавит металл, находящийся в ванне. После того, как металл расплавлен, напряжение с электродов снимают, а расплавленный металл сливают, наклоняя печь.

Главное достоинство дуговых печей косвенного действия заключается в минимальном угаре металла.

Дуговая печь прямого действия

Дуговые печи прямого действия используются для выплавки стали в слитки, а также для фасонного литья. В современной черной металлургии эксплуатируются дуговые печи прямого действия емкостью до 200 тонн, которые питаются от подстанций мощностью до 80 МВт. В ближайшее время должны быть созданы еще более мощные электропечи емкостью до 400 тонн.

Размеры дуговых печей прямого действия намного больше, чем печей косвенного действия. Дуговая электропечь прямого действия состоит из цилиндрического металлического кожуха, который внутри футерован огнеупорным материалом. Сверху кожух закрывается сводом, который имеет отверстия, через которые пропущены электроды. После того, как в печь загружен металл, кожух сверху закрывается сводом, на электроды подается напряжение, они опускаются вниз до соприкосновения с металлом, в цепи возникает электрический ток, после этого электроды немного приподнимаются, в результате чего между ними и металлом возникает дуга. Нужная энергия дуги (температура) поддерживается перемещением электродов вверх-вниз. Расплавленный металл сливается путем наклона печи.

Время плавки в дуговой печи прямого действия составляет 5-6 часов. Примерно третья часть этого времени расходуется на нагрев и расплавление металла, а две трети – на его окисление и рафинирование.

Наиболее важным элементом в электропечах прямого действия являются электроды, которые бывают расходуемыми и не расходуемыми. Чаще всего применяются наращиваемые электроды, которые изготавливаются из искусственного электрографита длиной 1-1,8 м (в зависимости от их диаметра). По мере их расходования такие электроды опускаются вниз, а сверху в них навинчиваются новые секции электродов. Главное требование, предъявляемое к электродам – малое активное сопротивление и высокая механическая и жаропрочность.

Угольные электроды дешевле графитизированных, но обладают более высоким удельным сопротивлением.

В отдельных случаях могут применяться графитоугольные электроды.

Вакуумная дуговая печь

Вакуумные дуговые печи предназначены для получения металла высокого качества с низким содержанием вредных примесей. В таких печах переплавляют титан, ниобий, вольфрам, цирконий, тантал, молибден. Процесс плавки протекает при низком давлении (1,0-0,001 Па), которое устанавливается в зависимости от требований к металлу. Вакуумные дуговые печи позволяют получать слитки чистых металлов массой до 50 тонн.

Достоинства и недостатки дуговых печей

К достоинствам дуговых печей следует отнести:

• Возможность плавки лома любого состава;
• Точное регулирование температуры расплава и его химсостава

Внедрение в производство дуговых печей дало возможность производить легированную сталь, и выполнять высококачественное литье.

К недостаткам дуговых печей следует отнести трудность перемешивания расплава, соответственно, усреднения его химсостава. Другой проблемой электропечей является их низкая экологичность. Во время работы электропечи выделяется очень много продуктов горения, и шума.