книги из ГПНТБ / Бельский, В. И. Промышленные печи и трубы учеб. пособие

§ 32. Э Л ЕКТРИ ЧЕС КИ Е ПЛ А ВИЛ ЬНЫ Е ПЕЧИ

Сталеплавильные электрические печи

Для производства качественной электростали служат дуговые и индукционные электрические печи. Индукционные печи широ­ кого применения для выплавки стали не получили, так как они менее экономичны, чем дуговые.

Дуговыми электрическими печами, получившими широкое распространение для плавки качественных сталей, являются трехфазные дуговые печи с вертикальными электродами и непро­ водящим подом, в которых ток протекает по цепи: электрод, ду­ га, шлак, металл, шлак, дуга, электрод. Емкость таких печей достигает 200 ти более.

Трехфазная электрическая дуговая печь (рис. 103) представ­ ляет собой металлический кожух цилиндрической формы с плос­ ким или сферическим дном, футерованный внутри огнеупорными материалами. В зависимости от технологии производства стали печи футеруют кислыми (динасовыми) или основными (магне­ зитовыми) огнеупорными изделиями.

Верх печи закрыт сводом, набранным из хромомагнезитового кирпича, в котором имеются три круглых отверстия для установ­ ки графитовых электродов. С одной стороны в печи предусмотре­ но рабочее окно для завалки шихты и присадок, скачивания шлака и наблюдения за работой печи, а с противоположной сто­ роны— окно, по центру которого имеется отверстие для выпуска готовой стали через выпускной желоб в сталеразливочный ковш. Для наклона печи в сторону слива металла и в сторону рабочего окна, а также для скачивания шлака на корпусе печи укрепле­ ны опорные секторы, опирающиеся на станину, прикрепленную к фундаменту с помощью анкерных болтов. Поворот печи произ­ водится с помощью электродвигателя через редуктор. Питание печи электроэнергией осуществляется через трансформатор соот­ ветствующей мощности.

Шихта, состоящая из металлического лома (скрапа), извести и железной руды, при ведении процесса с окислением загружа­ ется в печь через рабочее окно с помощью загрузочной машины или бадьей через верх печи при снятом своде с помощью крана.

После расплава шихты и первого скачивания шлака в коли­ честве 60—70% всего количества в печь для удаления остатков фосфора и окисления углерода (которого в расплавленном ме­ талле примерно на 0,5% больше, чем в готовой стали) добавля­ ются известь и железная руда. За счет присадок железной руды происходит окисление избыточного углерода и кипение стали, обеспечивающее удаление из металла газов и неметаллических включений. На этом заканчивается окислительный или первый период плавки. Во второй период плавки (восстановительный) происходит раскисление металла и удаление серы. Для образова-

248

иия восстановительных шлаков в печь загружают известь, плави­ ковый шпат и мелкий коксик. Углерод кокса восстанавливает железо и марганец по реакции FeO+C = Fe+CO (газ), а известь способствует удалению серы из металла в шлак по реакции FeS+CaO = CaS + FeO.

В конечном периоде плавки шлаки дополнительно раскисля­ ются ферросилицием или алюминием, что обеспечивает получе­ ние готовой продукции требуемого качества.

Рис. 103. Дуговая электросталеплавильная печь

Плавка стали в электрических печах с кислой футеровкой ведется с кислыми шлаками, при которых из металла почти не­ возможно удалить серу и фосфор. Поэтому содержание фосфора и серы в шихте должно быть в количествах, не более допустимых в готовой продукции.

Футеровка основных сталеплавильных дуговых электропечей выполняется из асбестового картона толщиной 10—20 мм, на­ клеиваемого на кожух на жидком стекле, одного-двух рядов лег­ ковесного или шамотного кирпича и трех рядов магнезитового кирпича, из них два на плашку и один на ребро насухо с запол­ нением швов магнезитовым порошком.

Кладку откосов, являющихся основанием для стен, выполня­ ют из легковесного шамота и магнезитового кирпича с засыпкой швов магнезитовым порошком. Зазор толщиной 50—70 мм между легковесным кирпичом и кожухом заполняют диатомитовым по­ рошком. Стены печи выкладывают из магнезита толщиной в 1Ѵг—2 кирпича аналогично откосам.

Для предохранения огнеупорной кладки подины от механи-

249

ческих повреждений и разъеданий металлом и шлаком произво­ дят набивку ее на толщину 150—400 мм массой следующего сос­ тава (по объему): магнезитового порошка 89%, каменноугольной смолы 10% и кварцевого песка 1%. Своды печи выкладывают в форме шарового сегмента из динасового или в последнее время из магнезито-хромитового кирпича. Распор свода воспринима­ ется металлическим кольцом. Такая конструкция сводов удобна тем, что их можно убирать при завалке печи (в случае если она производится сверху) и быстро менять при выходе из строя. Ори­ ентировочный удельный расход электроэнергии при расплавле­ нии твердой завалки для печей емкостью 100 т составляет 420 кВт-ч/т и 200 т—410 кВт-ч/т. В малых печах емкостью 15— 25 т удельный расход электроэнергии доходит до 480 — 500 кВт-ч/т.

Электрическая печь для плавки концентратов медных руд

Электрическая печь для плавки концентратов медных руд (рис. 104) является наиболее крупной дуговой электрической печью. Для кладки подины печи, имеющей вид обратного свода, делается подготовка из жаростойкого бетона или огнеупорной подсыпки. Толщина подины 900—1200 мм. Ее выкладывают из шамотного или магнезитового кирпича, верхние ряды кладут на торец. В некоторых печах подины выкладывают из углеродистых блоков. Стены печи толщиной 750—920 мм внизу и 600—700 мм вверху кладут из магнезитового кирпича, причем верхнюю часть стен выше уровня шлака иногда выкладывают из шамота. Свод печи арочного типа толщиной 300—400 мм с отверстиями для электродов, загрузки шихты и удаления газов выполняют из ша­ мотного кирпича. Отверстия в сводах, через которые загружает­ ся шихта, имеют диаметр 150—200 мм, располагаются парал­ лельными рядами вдоль продольных стен печи и находятся на расстоянии 1200—1500 мм друг от друга. Они снабжены чугун­ ными или стальными течками, охлаждаемыми водой.

Продукты плавки-—штейн и шлак— (более подробно см. § 24) выпускают из печи по мере их накопления. Шлак выпуска­ ют через шлаковое окно, расположенное на 700—800 мм выше уровня подины в боковой стенке ванны. Для выпуска штейна на уровне пода в одной из боковых стен печи имеются два окна, в которые помещены чугунные или медные плиты, охлаждаемые водой, имеющие небольшие отверстия, куда вставляют чугунные трубки (летки).

Образующиеся в печи газы удаляют по системе газоходов че­ рез отверстия, специально для этого оставленные в своде печи. Нагрев и плавление шихты (при температуре 1200—1600° С) в электропечах этого типа осуществляют с помощью трех или ше­ сти набивных самообжигающихся угольных электродов диамет­

250

ром 800—1400 мм, концы которых находятся непосредственно в расплавленном шлаке. Опускание электродов осуществляется автоматически управляемыми электрическими лебедками.

Набивку электродной массы производят периодически в ме­ таллические формы, прикрепленные к верхней части работаю­ щего электрода. Спекание массы происходит в период опускания электродов в печь по мере их сгорания. Электрический ток на­ пряжением 70—250 В подают к электродам от печного трансфор­ матора через электрозажимы по гибким медным шинам и мед-

Рис. 104. Электропечь для плавки концентратов медных руд

/ _ фундамент; 2 — каркас; 3 — подовые плиты; 4 — футеровка; 5 — отверстия для загруз­ ки шихты; 6 — электроды; 7 — электрододержателн; 8 — шины

ным трубкам, по которым также подводят воду для охлаждения щечек электрозажимов.

В электропечах аналогичной конструкции производят и плав­ ку медно-никелевых концентратов с получением штейна никеля.

Индукционные электрические печи с железным сердечником

для плавки цветных металлов и сплавов

Индукционные печи с железным сердечником емкостью 0,3; 0,6; 1,2 и 2 г применяют в крупных литейных цехах для плавки меди, латуни, бронзы, никеля и других цветных металлов и сплавов.

На рис. 105 показана индукционная печь с одним железным сердечником и двумя каналами емкостью 0,6 т. Рабочее прост­ ранство печи заключено в металлический кожух цилиндрической формы. Стены и подину рабочего пространства футеруют ша­ мотным кирпичом, а зазор между огнеупорной футеровкой и ко­ жухом заполняют обожженным диатомитовым порошком. В верхней части печи имеется отверстие для загрузки шихты, закрываемое во время работы металлической крышкой.

251

Выпуск металла производится при наклоне печи через специ­ альное отверстие, оставленное в огнеупорной кладке рабочего пространства печи и расположенное на расстоянии 0,5 м от уров­ ня пода.

Нижняя часть печи (называемая камнем) состоит из метал­ лического кожуха, собираемого из двух половинок, соединенных

Рис. 105. Индукционная электрическая печь с железным сердечником

болтами, и крепящегося к общему металлическому каркасу пе­ чи. Конусообразную часть нижнего кожуха футеруют огнеупор­ ным кирпичом, на который устанавливают каркас из немагнит­ ного металла, имеющий форму нижнего кожуха, но меньших размеров.

Зазор между кожухом и каркасом на участке, где нет огне­ упорной кладки, заполняют теплоизоляционным материалом. Каркас из немагнитного металла для плавки бронзы и латуни набивают массой, состоящей из 96% мелкоизмельченного квар­ ца, 2% буры, 1,5% дробленого стекла и 0,5% глины; для плавки никелевых сплавов — 96,5% магнезита, 3% и 0,5% дробленого стекла.

Сердечники (магнитопроводы) собирают из листов транс­ форматорной стали. Электрический ток напряжением 220 В по­ дается к печи по гибкому медному кабелю. Производительность печи 20 г в сутки при трехсменной работе.

252

Электрическая печь сопротивления для плавки алюминия и магния

%

Электрические печи сопротивления применяются в неболь­ ших литейных цехах для плавки легких металлов, обычно спла­

§ 33. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ

Электрические нагревательные печи сопротивления находят широкое применение в машиностроительной, станкостроитель­ ной, автомобилестроительной и других отраслях промышленнос­ ти, связанных с обработкой углеродистых и легированных ста­ лей и изготовлением изделий из цветных металлов и сплавов.

Электрические печи сопротивления в основном используют для термической обработки стальных изделий и изделий из

253

цветных металлов и сплавов, т. е. для ведения таких процессов, когда требуется нагревать изделия до строго определенной тем­ пературы, что легче осуществлять в электрических автоматизи­ рованных печах. Кроме того, печи сопротивления широко при­ меняют для светлого отжига металлических изделий в восстано­ вительной среде без получения окалины. В этом случае в рабочем пространстве находятся газы (водород и др.), обеспечивающие в печи безокислительную атмосферу.

Электропечи сопротивления состоят из рабочего пространст­ ва, в котором помещаются нагреваемые изделия и нагреватель­ ные элементы, металлического каркаса с кожухом, футеровки, а также загрузочных приспособлений и специальных механиз­ мов (печи с шагающим подом, карусельные и др.). Наиболее важной частью электрических печей сопротивления являются нагревательные устройства (элементы) с регулирующими и из­ мерительными приборами.

Нагревательные устройства делятся на свободноизлучающие, в которых нагревательный элемент расположен открыто в печи, и закрытые, в которых передача тепла изделиям осуще­ ствляется через слой электрической изоляции.

К нагревательным устройствам свободного излучения отно­ сятся: рамочные нагревательные элементы, состоящие из кера­ мических изоляторов, на которые наматывается проволока или лента; спиральные нагревательные элементы, изготовляемые из проволоки или ленты и подвешиваемые на подвесках или укла­ дываемые на керамические изоляторы, а также спиральные на­ гревательные элементы на керамических сердечниках; зигзаго­ образные нагревательные элементы, изготовляемые из ленты, изогнутой зигзагообразно, и крепящиеся непосредственно к стен­ кам, поду или своду рабочего пространства печи.

К закрытым нагревательным устройствам относятся: запрес­ сованные в слюду элементы, у которых проволоку или ленту наматывают на слюдяную пластинку и с обеих сторон закрыва­ ют такими же пластинами; пластинчатые нагревательные эле­ менты, представляющие собой спираль, находящуюся в керами­ ческом изделии и таким образом изолированную от доступа воздуха; трубчатые нагреватели, в которых спираль из проволо­ ки или ленты заключена в металлическую трубу, а свободное пространство между трубой и спиралью заполнено прессован­ ным кристаллическим порошком плавленной окиси магния, хо­ рошо проводящим тепло, обладает жаростойкостью и высоким объемным электрическим сопротивлением.

В качестве нагревателей в большинстве случаев применяют проволоку или ленту из нихромовых сплавов, допускающих ис­ пользование их до температуры 1100—1200° С, хромоникелевых (1000° С), железохромоалюминиевых и др. Кроме нагревателей из сплавов в электронагревательных печах применяют силит в виде стержней с температурой использования до 1400° С. При

254

1 — кожух; 2 — футеровка; 3 — нагреватель­ ные элементы; 4 — дверца; 5 — гляделка; б — механизм открывания дверцы; 7 — ра­ бочее пространство печи

t u o

Рис. 108. Шахтная печь для газовой цементации

255

температуре 1800° С применяют графитовые нагреватели, кото­ рые используются в атмосферах с отсутствием кислорода, чаще в вакууме. Нагреватели крепят к стенам или сводам электрона­ гревательных печей с помощью подвесок из нихрома или других жаропрочных сталей, закладываемых в кладку. Фасонные огне­ упорные изделия, на которые укладывают или навешивают нагре­ ватели, изготовляют обычно из высокоглиноземистого шамота.

На рис. 107 показана камерная высокотемпературная электро­ печь сопротивления, предназначенная для нагрева изделий из высоколегированных сталей до температуры 850—1300°С. На­ гревательные элементы, выполненные в виде трех стержней (из силита), расположены горизонтально по три штуки на поду и на своде рабочей камеры. Подовые нагревательные элементы пере­ крываются плитой из карборунда, на которую укладываются нагреваемые детали. Нагревательные элементы питаются элект­ роэнергией через понизительный трансформатор (330/220 В). Температура в печи регулируется автоматическим самопишу­ щим потенциометром посредством платина-платинорадиевой термопары, установленной в рабочем пространстве печи.

Каркас печи состоит из профильной и листовой стали. На передней стенке его укреплена чугунная литая плита с заслон­ кой. Подъем заслонки осуществляется ножным педальным ме­ ханизмом при помощи цепей и звездочек, соединенных с двумя противовесами. На рис. 108 показана шахтная электропечь, предназначенная для газовой цементации стальных изделий. Максимальная рабочая температура в печи 950° С. В рабочую камеру печи на подставки устанавливают жароупорную реторт ту, в которую загружают обрабатываемые ■детали. Если обра­ ботке подлежат мелкие детали, то их загружают в специальную корзину из жаропрочной стали. Рабочее пространство печи сверху закрывают металлической крышкой, которую при загруз­ ке печи или удалении из нее обработанной продукции открыва­ ют с помощью гидравлического приспособления.

Цементирующая жидкость (керосин, бензол, пиробензол) подается в реторту через капельник. Для непрерывного переме­ шивания газовой смеси в реторте на крышке печи укреплен вен­ тилятор с электродвигателем. Температура в рабочей камере регулируется при помощи термопары, соединенной с приборами теплового контроля. Нагревательные элементы получают элект­ роэнергию от понизительных трансформаторов (350/220 В).

Каркас печи сварен из уголков и обшит листовой сталью. Футеровка печи состоит из легковесного шамота, нормального шамотного кирпича и фасонных высокоглиноземистых изделий, на которых располагаются нагревательные элементы из высоко­ омного сплава в виде ленты или проволоки. Пространство меж­ ду кожухом и огнеупорной кладкой заполнено обожженным диатомитовым порошком.

Шахтные электропечи для газовой цементации выпускают

256

/Г%

------

ачуіаіі / -----------

Рис. 109. Карусель­ ная электропечь со­ противления

защитного-газа

17-294

257