книги из ГПНТБ / Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов

Ч А С Т Ь П Е Р В А Я

ЭЛЕ КТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПЕЧИ

ГЛАВА I

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

Электрическая плавильная печь является агрегатом, в котором тепло, полученное за счет превращения электрической энергии в тепловую, передается расплавляемому материалу. В зависимости от способа преобразования электрической энергии в тепловую элек­ тропечи делятся на следующие группы:

1)дуговые электропечи, в которых электроэнергия превращается

втепловую в дуге;

2) печи сопротивления, характеризующиеся выделением тепла

вспециальных нагревательных элементах или исходных материалах

врезультате прохождения через них электрического тока;

3)комбинированные печи, работающие одновременно как дуго­ вые и как печи сопротивления;

4)электроннолучевые установки, в которых благодаря высоко­ температурному нагреву катода при помощи электрического тока создается остро направленный поток электронов, бомбардирующих поверхность расплавляемого материала;

5)индукционные печи, в которых металл нагревается токами, возбуждаемыми в нем за счет электромагнитной индукции;

6)плазменные печи, в которых нагрев и плавление металла осуществляется низкотемпературной плазмой (5000—20 000° С), соз­ даваемой либо путем стабилизации электрической дуги, либо за счет высокочастотного индукционного разряда.

На рис. 1 и 2 представлены схемы некоторых из электрометаллур­ гических печей. В печах сопротивления с косвенным нагревом нагревательные элементы выполняют либо в виде угольных, графи­ товых и карборундовых электродов (рис. 1, а), либо в виде засыпки (угольной крупки), а также в виде нагревательной трубки (рис. 1,6).

Всвязи с простотой конструкций и возможностью плавного регулиро­ вания температуры в большом диапазоне (до 2000° С) печь Таммана широко применяют в лабораториях.

Печь С. С. Штейнберга и И. П. Грамолина находит преимуще­ ственно применение в цветной металлургии. Недостатком этой печи является частый выход из строя контактов и трудность замены элек­ тродов в процессе плавки.

II

f

Рис. 1. Печи сопротивления с косвенным нагревом:

а — печь С. С. Штейнберга и И. П. Грамолина; б — печь Таммана; 1 — электроды; 2 — графитовая нагревательная трубка; 3 — тигель с метал­ лом; 4 — теплоизоляционная засыпка; 5 — графитовая подставка; 6 — кожух; 7 — трансформатор

Рис. 2. Дуговые и комбинированные печи:

а — печь косвенного нагрева; б, в — печи прямого нагрева; г — печь с закрытой дугой;/ — электроды; 2 — металл; 3 — подовый электрод; 4 — бункера для шихты; 5 — шихта; 6 — гарниссаж; 7 — загрузочные воронки

12

ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ

С целью стандартизации механического и электрического обо­ рудования в нашей стране выпускают следующие серийные дуговые электропечи:

Внастоящее время разрабатываются проекты электропечей емкостью 300—400 т.

Вотечественных стандартах принято сокращенное буквенно­ цифровое обозначение серийных дуговых сталеплавильных печей: первая буква Д обозначает метод нагрева (дуговой); вторая буква С — назначение печи (сталеплавильная); третья буква — основной кон­

полнение в зависимости от требований заказчика. Например, элек­ тропечь ДСП-6Н1 означает дуговая сталеплавильная поворотная емкостью 6 т, разработанная предприятием Н с учетом особых тре­ бований заказчика 1. Часто обозначение электропечей ограничи­ вают указанием емкости, например ДСП-100 и т. д.

На рис. 3 представлена схема дуговой электропечи. Рабочее пространство печи, где непосредственно протекает процесс плавле­

т. е. слоя, соприкасающегося с металлом и шлаком, электропечи делят на основные и кислые. В основных электропечах для изго­ товления подины и откосов используют основные, преимущественно магнезию содержащие материалы (магнезит, доломит), в кислых пе­ чах — кремнеземсодержащие материалы (динас, кварцит, кварце­ вый песок и т. д.).

Для выпуска металла и конечного шлака предусмотрено стале­ выпускное отверстие с желобом. Рабочее окно предназначено для контроля за плавкой, межплавочного ремонта подины и откосов печи и для загрузки материалов. Оно закрывается крышкой.

Огнеупорная кладка печи заключена в металлический кожух. С целью обеспечения равномерного плавления шихтовых материа­ лов по сечению печи предусматривается вращение печи вокруг верти­ кальной оси на угол ±40°. Кожух печи опирается кольцевым рель­ сом на опорные и упорные ролики. Вращение осуществляется меха­ ническим приводом от электродвигателя.

14

Печь опирается на салазки (люльку). Салазки при включении механизма поворота перекатываются по горизонтальным направляю­ щим (фундаментным балкам), укрепленным на станинах. Печь на­ клоняется в сторону рабочего окна и сливного желоба соответственно на 10— 15 и 40—45°.

Свод заключен в сводовое кольцо. Уплотнение по линии разъема свода с корпусом печи достигается за счет песочного затвора. На рис. 3 изображена печь с отворачивающимся сводом. Сводовое

головка электрододержателя; 15—рукав электрододержателя; 16 —гибкие шины; 17 — транс­ форматор; 18 — поворачивающаяся стойка; 19 — колонна (стойка) электрододержателя; 20 —платформа; 21 — сталевыпускное отверстие; 22 — желоб; 23 — люлька; 24 — гори­ зонтальные направляющие; 25 — рабочее окно; 26 — заслонка; 27 — механизм поворота

кольцо подвешивают подъемным устройством к поворачивающейся стойке, укрепленной на платформе. Платформа опирается на люльку печи. При необходимости свод с помощью подъемного устройства приподнимается на стойке и отворачивается в сторону.

Подвод электрического тока от низкой стороны силового транс­ форматора осуществляется по гибким кабелям, водоохлаждаемым трубам, укрепленным на рукавах электрододержателя, и через головку электрододержателя к трем графитовым электродам. Рукава электрододержателя монтируют на подвижных каретках, переме­ щающихся в вертикальном направлении по колоннам прямоуголь­ ного сечения. Рукава с кареткой частично уравновешаны контр­ грузом, перемещающимся внутри колонны.

В последнее время в электропечах, как правило, используют гидравлические приводы наклона печи, подъема свода и т. д., ко­ торые имеют следующие преимущества перед электромеханическими: простота изготовления, большая степень надежности, высокий коэффициент полезного действия,

15

Для выравнивания состава жидкого металла под подиной средне- и большегрузных печей монтируют установку электромагнитного перемешивания.

Ряд элементов электропечей охлаждают водой, которая должна отвечать следующим требованиям (не более):

Температура охлаждаемой воды в сливном коллекторе не должна превышать 55° С.

2. КОЖУХ ПЕЧИ, КАРКАС СВОДА

Форма кожуха определяет и форму рабочего пространства печи. Поэтому важно выбрать такую форму кожуха, чтобы обеспечить максимальную стойкость футеровки и удобство ее ремонта при минимальных затратах огнеупорных материалов. На рис. 4 пред-

Рис. 4. Форма кожуха дуговой электропечи:

а — цилиндрическая; б — ступенчатая; в — цилиндрически-коническая; г — цилиндрическиконическая с конической вставкой; д — бочкообразная; е — с обратной конусностью

ставлена форма кожуха и рабочего пространства действующих элек­ тросталеплавильных печей. Впервые появилась цилиндрическая форма кожуха (рис. 4, а). Однако такая форма наименее рациональна, так как в этом случае ухудшаются условия ремонта стен и умень­ шается расстояние между ними и дугами, что приводит к снижению стойкости стен. Несколько большая стойкость стен наблюдается при ступенчатой форме кожуха (рис. 4, б),

16

В последние годы все большее распространение получают дуго­ вые печи с цилиндрически-коническими кожухами (рис. 4, в и г). Переход на такой кожух на отечественных заводах (Челябинский, Златоустовский, Ново-Липецкий и т. д.) позволил в полтора и более раза увеличить стойкость футеровки стен. Поэтому типовые и все вновь строящиеся печи имеют цилиндрически-коническую форму кожуха.

Оптимальный угол наклона конической части кожуха находится в пределах 15—20°. Если этот угол будет меньше, то форма кожуха приблизится к цилиндрической, при большем угле возрастает по­ верхность кладки и увеличиваются теплопотери и диаметр свода, что уменьшает его прочность. Высота конической части составляет примерно половину общей высоты кожуха. Рациональной формой кожуха является бочкообразная (рис. 4, д). Положительным мо­ ментом бочкообразного кожуха является то, что можно выбрать оптимальный угол'наклона кожуха в нижней, наиболее изнашиваю­ щейся части стен, не увеличивая заметно пролет свода.

Опробован также и кожух, с обратной конусностью (рис. 4, е). В этом случае возможно увеличение емкости печи без существенного увеличения' ее габаритов. Однако чрезмерное приближение стен

кзоне дуг может снизить их стойкость.

Впроцессе службы кожух печи, нагреваясь, одновременно испы­ тывает нагрузку от веса футеровки и металла, а также давление расширяющейся при нагреве кладки. Поэтому кожух печи должен быть достаточно прочным. Его выполняют из листового железа тол­ щиной от 10 до 40 мм в зависимости от емкости печи. Для увеличе­ ния жесткости в верхней части кожуха приваривают кольцо жест­ кости, которое служит одновременно коробкой песочного затвора. Боковая поверхность кожуха усиливается ребрами жесткости. Части

кожуха, подвергающиеся повышенному нагреву (у рабочего окна и выпускного отверстия), усиливают накладками и плитами из ли­ стового железа толщиной 20 мм и более. На рис. 5 представлен кожух электропечи емкостью 100 т.

Форма нижней части кожуха представляет интерес с точки зре­ ния расхода огнеупоров на кладку подийы и откосов, а также величины теплопотерь. Минимальный расход огнеупоров наблю­ дается при форме днища, приближающейся к конфигурации рабо­ чего слоя подины, т. е. при сферической форме. Поэтому чаще всего днище электропечей изготавливают сферическим или в виде усечен­ ного конуса, хотя в этом случае и требуется фасонный кирпич для изготовления подины.

Для удобства транспортировки кожух большой печи делают иногда разъемным. Отдельные части кожуха при монтаже соеди­ няют болтами и иногда дополнительно места соединения заваривают.

Для ускорения ремонта стен печи, особенно на печах малой и средней емкости, кожух оставляют разъемным и в процессе экс­ плуатации печи. В этом случае наборку футеровки-стен осуществ­ ляют в специально отведенных местах, и при ремонте печи кольцо с футеровкой устанавливают на место,

Для повышения герметизации печного пространства между верх­ ним торцом кожуха и сводовым кольцом устанавливают песочный затвор. Заполняемую песком коробку изготавливают из железного листа и приваривают к кожуху, а сводовое кольцо своим ножом

Рис. 5. Кожух дуговой электропечи:

при установке свода врезается в песок. На кожух электропечи, оборудованной механизмом поворота, наваривают зубчатый сектор, который входит в зацепление с зубчатой шестерней механизма пово­ рота.

18

Конструкция каркаса свода, особенно на крупнотоннажных пе­ чах, оказывает заметное влияние на стойкость свода, поскольку она определяет жесткость последнего в процессе службы. Основным элементом каркаса свода является сводовое кольцо, на которое опирается свод. Для транспортировки на кольце предусмотрены проушины. Кольцо охлаждается водой, поэтому перед транспорти­ ровкой ее выпускают из кольца через отверстия, закрываемые пробками. К нижней плоскости кольца приварен нож песочного затвора.

Сечение сводового кольца может быть различным. На рис. 6 представлены некоторые из применяемых сечений сводового кольца.

Рис. 6. Различные сечения сводового кольца: а, 6, в, д, е — водоохлаждаемые; г — неохлаждаемое

Кольцо на рис. 6, а выполнено из двутавровой балки с поясом из листового железа, привариваемого с наружной стороны, что обеспе­

На печах емкостью свыше 30 т хорошо зарекомендовали себя свар­ ные водоохлаждаемые кольца (рис. 6, а). На печах емкостью 10— 30 т высокую стойкость наблюдали при использовании кольца прямо­ угольного сечения (рис. 6, б).

Иногда свод электропечей выполняют подвесным. При кладке свода в этом случае между кирпичами закладывают металлические

за подвесные уголки, которые крепят к несущему каркасу, закреп­ ляемому на сводовом кольце. Стойкость такого свода на 20% выше, чем неподвесного. Однако сложность конструкции каркаса и наборки свода препятствуют его широкому распространению.