Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Индукционные тигельные печи

Назначение печи.

В индукционных тигельных печах в литейном производстве выплавляют различные металлы и сплавы (сталь, чугун, медь, бронзу, алюминий, и др.).

Индукционная печь, как плавильное устройство, по сравнению с дуговой и пламенной печами, обладает рядом преимуществ. Она создает более благоприятные условия для получения чистого металла вследствие отсутствия таких источников загрязнения, как газы и электроды. Металл перемешивается в печи за счет электродинамических усилий, и во всей его массе поддерживается высокая температура. Индукционная печь характеризуется высоким к.п.д. и высокой производительностью, а также позволяет вести плавку в вакууме или специальной атмосфере.

Индукционные тигельные печи имеют в общем случае следующие основные узлы: индуктор, каркас (или кожух) печи, магнитопроводы, плавильный тигель, крышку и подину, механизм наклона печи.

Рис. 1. Индукционная тигельная печь: 1-крышка с механизмом подъема; 2 - установка индуктора; 3 - установка подшипников; 4 - футеровка; 5-плунжер механизма поворота печи; 6 - пакеты магнитопроводов; 7 - кожух печи; 8-рабочая площадка

Каркас печи

Каркас служит конструктивной базой для крепления всех основных элементов печи. Каркас, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, ребра которого выполнены из немагнитного материала (из дюралюминиевого уголка или из немагнитной стали), а грани закрыты асбоцементными листами. С целью уменьшения нагрева металлических уголков каркаса отдельные его металлические элементы изолируют друг от друга изоляционными прокладками для исключения в раме каркаса кольцевых токов. Индуктор в таком каркасе обычно прикрепляют к нижней и верхней асбоцементным плитам.

Индуктор

Индуктор является основным элементом печи, предназначенным для создания электромагнитного поля, индуцирующего ток в загрузке.

Индуктор тигельной печи представляет собой цилиндрическую однослойную катушку (соленоид), витки которой уложены в виде спирали (спиральный индуктор) с постоянным углом наклона витков, определяемым шагом навивки, или катушку, все витки которой располагаются в горизонтальных плоскостях, а переходы между соседними витками осуществляются короткими наклонными участками, такой индуктор обычно называют индуктором с транспозицией витков.

Рис. 1А. Индукторы со спиральной навивкой (а) и с транспозицией витков (б)

Индуктор выполняют из медной полой трубки круглого (рис. 2, а), прямоугольного равностенного (рис. 2, б), прямоугольного разностенного (рис. 2, в) или специального (рис. 2, г) сечений.

Рис. 2. Профили медной трубки

Для обеспечения жесткости и механической прочности индуктора применяются следующие способы крепления его витков:

1. с помощью шпилек, выполняемых из латуни, и припаянных или приваренных к наружной стороне трубки индуктора, каждый его виток крепится к вертикальным изоляционным стойкам.

На рис. 3, а показан общий вид индуктора плавильной печи промышленной частоты, каждый виток которого закрепляется с помощью шпилек 1 и вертикальных реек 2 (рис. 3, б). С помощью этих реек индуктор фиксируется в корпусе печи. Между рейками устанавливаются пакеты магнитопроводов 3;

2. с помощью верхнего 1 и нижнего 2 нажимных колец или фланцев все витки индуктора вместе стягиваются в осевом направлении продольными стяжками, а радиальная фиксация витков осуществляется вертикальными рейками, выполненными из изолирующего материала или пакетами магнитопроводов (рис. 3, в).

Магнитопровод

Во избежании нагрева металлических частей печи полями рассеяния вокруг индуктора устанавливают внешний магнитопровод из листовой трансформаторной стали. Магнитопровод состоит из отдельных пакетов, расположенных равномерно по периметру индуктора. Пакеты прикрепляют к каркасу печи болтами и устанавливают вплотную к индуктору. Применение магнитопроводов позволяет уменьшить габариты печи, дает возможность изготавливать кожух из ферромагнитной стали и тем самым уменьшить стоимость печи.

Рис. 3 Способы крепления индуктора

Футеровка печи

Футеровка тигельной печи состоит (рис. 4) из плавильного тигля 1 со сливным носком 2, «воротником» 3, подины 4, крышки 5 и слоя тепловой изоляции 6.

Рис. 4. Футеровка тигельной печи

При изготовлении футеровки печи применяют огнеупорные массы и для подины - фасонные огнеупорные изделия. В индукционных тигельных печах в зависимости от марки выплавляемого металла, уровня температуры и особенностей технологического процесса применяют три вида футеровок: кислую, основную, нейтральную.

Плавильный тигель:

Футеровка тигля - набивная. Для этого предварительно устанавливают по индуктора шаблон, имеющий форму внутренней поверхности тигля и выполненный из листовой стали, а внутреннюю поверхность индуктора обкладывают слоем асбеста. При набивке на дно индуктора засыпают слой футеровочной массы, на нее устанавливают железный шаблон, наружные размеры которого соответствуют внутренним размерам тигля. Приготовленную огнеупорную массу засыпают в пространство между шаблоном и теплоизоляцией и послойно уплотняют (трамбуют) вручную или пневматической трамбовкой. После окончания набивки футеровку спекают. После этого, не вынимая шаблона, включают плавилбную установку; тепло, выделяемое в шаблоне, нагревает футеровку. Окончательное спекание с расплавлением шаблона происходит во время первой плавки

Подина печи: Служащая основанием, на которое устанавливают тигель и индуктор, обычно выполняется из шамотных кирпичей или блоков или из асбоцементных плит, уложенных одна на другую.

2. Индукционная канальная печь

Назначение печи.

Индукционные канальные печи широко используют для плавки цветных металлов (меди и ее сплавов, алюминия, цинка и др.), а также чугуна, обеспечивая при этом хорошее качество получаемого металла и высокие экономические показатели процесса плавки.

Особенности печи.

1. минимальный угар и испарение металла, так как нагрев происходит снизу. К наиболее нагретой части расплава, находящейся в каналах, нет доступа воздуха, а поверхность металла в ванне имеет сравнительно низкую температуру;

2. малый расход энергии на расплавление, перегрев и выдержку металла. Канальная печь имеет высокий электрический к.п.д. благодаря использованию замкнутого магнитопровода.

3. однородность химического состава металла в ванне благодаря циркуляции расплава, обусловленной электродинамическими и тепловыми усилиями. Циркуляция способствует также ускорению процесса плавки.

Конструкция печи. (рис. 5)

Рис. 5. Индукционная канальная печь

Футеровка печи состоит из подового камня и футеровки ванны (рис. 5А).

Подовый камень содержит плавильный канал, форма, и размеры которого определяются в результате электрического расчета печи с учетом особенностей выплавляемого в печи металла.



Рис. 5А. Футеровка канальной печи: 1 - подовый камень; 2 - футеровка ванны; 3 - защитный цилиндр; а-е - виды поперечных сечений каналов

Поперечное сечение каналов может иметь прямоугольную или овальную форму (рис. 5А, а и б), может быть два или три канала, окружающих один индуктор (рис. 5А, в), а также может иметь круглую, квадратную или прямоугольную форму (рис. 5А, г, д и е). Подовый камень изготовляют одним из следующих методов: набивкой вне печи в запасной кожух или форму с последующей установкой на печь, и набивкой непосредственно в печи.

Для получения канала нужной формы применяют шаблоны: металлические или деревянные. При набивке подового камня для образования внутренней полости, в которую впоследствии вставляется сердечник с индуктором, устанавливают асбестовый или металлический цилиндр (см. рис. 5А), имеющий в верхней части сквозную продольную прорезь. Этот цилиндр остается в печи и во время ее работы. Он способствует повышению прочности подового камня и предохраняет индуктор от попадания расплавленного металла в случае частичного повреждения футеровки канала.

Футеровка ванны иногда делается полностью набивной из той же массы, что и подовый камень. При этом используются шаблоны из металлических листов по форме ванны. Часто применяют многослойную футеровку ванны, как показано на рис. 5А. Между слоями внутреннего огнеупорного и наружного теплоизоляционного кирпичей располагается набивка, предохраняющая футеровку от разрушения в случае проникновения расплава в швы между огнеупорными кирпичами. Магнитопровод выполняют из электротехнической стали марок Э41, Э42, и др.

Рис. 6. Способы стяжки листов трансформаторной стали магнитопровода (а) и варианты сечений изолированного провода индуктора (б - стандартный обмоточный провод; в-составной обмоточный провод; г-трубка; д - неравностенная трубка, обращенная толстой стороной к каналу)

На рис. 6, a оказан применяемый способ стяжки листов трансформаторного железа, ярма и стержней. Пакет магнитопровода 1 сжимается накладками 2 из немагнитного металла с помощью стальных шпилек 3. шпильки изолируют от листов трансформаторной стали фибровыми, бакелитовыми или миканитовыми трубками 4, а накладки - листовым миканитом или асбестом 5. Индуктор представляет собой выполненную из медного проводника спиральную катушку. Для изготовления индуктора применяют либо обычные обмоточные провода прямоугольного сечения (рис. 6, б и в), либо при водяном охлаждении медную трубку (рис. 6, г и д). Индуктор изолируют киперной, асбестовой лентой или лентой из стекловолокна.

3. Электропечь сопротивления

Широкое распространение в промышленности получили электрические печи сопротивления с рабочей температурой до 1200С. При этих температурах большое значение имеет передача тепла излучением, что определяет конструкцию печи и размещение в ней нагревательных элементов. Печи сопротивления могут быть разделены на печи непрерывного и периодического действия.

Печи непрерывного действия

Эти печи используют преимущественно для нагрева однотипных деталей и заготовок при установившемся технологическим процессе.

В зависимости от проводимого технологического процесса в печах непрерывного действия осуществляется либо нагрев изделий до заданной температуры, либо также и выдержке при этой температуры, а иногда и заданное остывание. Как правило, эти печи состоят из нескольких тепловых зон. Длина зоны выдержке зависит от времени выдержке. В закалочных печах зона выдержке невелика, так как она служит только для выравнивания температуры по сечению нагреваемых изделий. При отжиге, требующем определенного времени выдержки и медленного охлаждения металла, за зоной выдержки следует зона замедленного охлаждения. В зависимости от допустимой скорости охлаждения ее выполняют либо теплоизолированной, либо водоохлаждаемой.

В промышленности применяется весьма большое количество конструкций типа печей непрерывного действия, различающихся способом перемещения деталей и заготовок по рабочему пространству.

Печи периодического действия

Простейшей конструкцией такого рода печей является камерная печь (рис. 195). Загрузка и разгрузка обрабатываемых изделий осуществляется через отверстие в передней стенке, закрываемое дверцей. Нагреватели расположены на боковых стенках, на поде, а иногда и на своде печи. Обычно подовые нагреватели закрываются жароупорными плитами, на которые укладывают нагреваемые изделия. Мощность камерных печей обычно составляет от 5 до 75 кВт, рабочая температура до 950С.

На рис. изображена циркуляционная камерная электрическая печь сопротивления для термической обработки отливок из алюминиевых сплавов. Непосредственно к печи примыкает бак для охлаждения изделий после термообработки. Печь имеет механизм 10 для перемещения поддона с изделиями 5 со стола 3 бака в печь и обратно. Электрические элементы сопротивления 9 размещаются на стенах печи и на внутренней поверхности заслонок 4. Между изделиями и нагревательными элементами имеются экраны 8, которые предотвращают местные нагревы изделий за счет прямого излучения нагревателей. Равномерность прогрева изделий по всему объему садки достигают рециркуляцией воздуха. Вентилятор 7 нагнетает воздух под поддон с изделиями через раздаточный короб 11. Воздух омывает изделия, выравнивая их температуру, затем через отсасывающий короб 6 опять попадает в вентилятор. Проходя многократно через печное пространство, воздух приобретает температуру, близкую к температуре печи. Воздух двигается по герметичной трассе, так как экраны 8 и короба 11 и 6 представляют собой как бы внутреннюю металлическую камеру, в которой находится поддон с изделиями. Теплота от нагреваемых элементов к наружной поверхности экранов 8 передается излучением. С внутренней поверхности экранов тепловой поток к изделиям передается за счет конвекции воздушного потока.

Печь работает следующим образом

На поддон, устанавливаемый на стол 2, загружают изделия. Затем поддон по роликам закатывают на стол бака 1, поднимают заслонку 4, захват механизма 10 входит в зацепление с поддоном и закатывает его в печь; заслонку 4 закрывают и начинают процесс термообработки. После окончания процесса термообработки поддон деталями выдают механизмом 10 на стол бака и погружают в охлаждающую жидкость. После охлаждения стол бака устанавливают в верхнее положение, поддон выкатывают на стол 2 и загружают. Рабочая температура печи до 550С.

Для термообработки небольших партий отливок и для лабораторных целей находят применение универсальные камерные печи с контролируемой атмосферой. Схема такой печи показана на рис. 130. В печь встроен тамбур 3 и бак 11. Печной каркас 7 герметичен. Бак имеет подъемный стол 4 с двумя платформами. Если стол закалочного бака находится в положении, показанном на рис., верхняя платформа будет расположена на уровне пода печи, а нижняя опущена в бак. При подъеме стола в верхнее положение нижняя платформа будет находится на уровне пода печи, а верхняя платформа - выше этого уровня.

Печь имеет загрузочную заслонку 2. Рабочая камера печи отделена от тамбура и бака футерованной заслонкой 5. Поддон с отливками 8 перемещают со столом бака в рабочую камеру печи и обратно с помощью цепного механизма 10, оборудованного специальным захватом 9. Карман для размещения цепи механизма 10 расположен под рабочей камерой печи.

Для выравнивания температуры в рабочей камере, а также для осуществления процесса нагрева, применяют циркуляционный вентилятор 6, устанавливаемый на своде печи. В момент открытия заслонки 2 загрузочное окно перекрывают газовой завесой (плоским газовым факелом), что предотвращает попадание воздуха в печь. Отсекающий газовый факел образуется при горении газовоздушной смеси, выходящей из коллектора 1 равномерной струей по ширине приема загрузочного окна. Газовый факел перекрывая загрузочное окно препятствует попаданию в него воздуха.

После опускания заслонки 2 занавеса газовая исчезает. Поддон с деталями загружают на стол 4 закалочного бака при открытой заслонке 2 и газовой завесе вручную или с помощью специального механизма. После закрытия заслонки 2 открывается заслонка 5 и механизм 10 перемещает поддон в рабочую камеру печи. Затем заслонку 5 закрывают.

По окончании нагрева поддон с деталями передают на стол закалочного бака и в зависимости от необходимости либо опускают в охлаждающую жидкость, либо оставляют для остывания в контролируемой атмосфере выше уровня жидкости. Печи такого типа могут быть газовыми или электрическими.

При электрическом обогреве нагревательные элементы сопротивления размещены в радиационных трубах или непосредственно в рабочем пространстве печи. В последнем случае они имеют специальное защитное покрытие, предотвращающее их от разрушения под действием некоторых видов контролируемых печных атмосфер.

Максимальная температура в рабочей камере печи при использовании керамических радиационных труб, достигает 1200С. В качестве контролируемой атмосферы чаще всего применяют эндогаз, который в смеси с воздухом может образовывать взрывоопасную смесь. При попадании воздуха в печь нарушается состав атмосферы, что приводит к нарушению режима термообработки. В связи с этим представляет практический интерес гидравлический режим работы печи. В конструкции печи, показанной на рис., соединены высокотемпературная камера нагрева и загрузочный тамбур 3, имеющий температуру, равную примерно 150С, это приводит к тому, что при подъеме заслонки 5 давление в загрузочном тамбуре, а следовательно, и во всей печи возрастает, а при опускании заслонки в печи создается разряжение. Это объясняется тем, что при открытой заслонке 5 лучистый тепловой поток из печи направлен в тамбур загрузки. Температура тамбура и газовая атмосфера, которая его заполняет, повышается, что сопровождается расширением газов, заполняющих тамбур, увеличением давления в нем и в прилегающей к нему печи. В результате, часть газов уходит из печи в атмосферу цеха.

После закрытия заслонки 5 температура тамбура резко снижается, а следовательно уменьшается объем газов, заполняющих тамбур. Так как часть газов выбрасывается из печи и ее нельзя мгновенно компенсировать подачей эндогаза, то давление газов в тамбуре и печи резко уменьшается. В печи создается разряжение, сопровождаемое подсосом воздуха в печное пространство, которое достигает 500 мм вод. ст.

Подсос воздуха в тамбур печи опасен тем, что в его холодном объеме может образоваться взрывоопасная смесь. Для предотвращения этого в заслонке 2 имеется отверстие, соединяющее тамбур с атмосферой цеха. Около отверстия с внешней стороны заслонки устанавливают постоянно действующий газовый запальник. Газ, выходящий из отверстия, при увеличения давления в печи сгорает. Разрешение, образующееся в печи, компенсируется потоком воздуха, поступающим из цеха в тамбур через указанное отверстие. Этот воздух смешивается с продуктами горения запальника, в результате чего количество кислорода, поступающего в тамбур, незначительно, а это исключает образование в тамбуре взрывоопасной газовоздушной смеси.

Величина разрешения, создаваемого в почве, зависит от соотношения объёмов холодного тамбура 3 и горячей камеры печи. Чем больше это соотношение, тем больше величина разрешения.

Назначение печи.

Электропечи сопротивления используют для нагрева под прокатку заготовок и изделий из легированных сталей, тугоплавких металлов и сплавов, а также для термической обработки.

Особенности печи.

Позволяет сократить угар дорогостоящих сплавов, повысить качество термической обработки благодаря более высокой точности и равномерности нагрева, возможности получить в рабочем пространстве почти любую атмосферу - окислительную, нейтральную, восстановительную, вакуумную.

Конструкция печи (рис. 7).

Кожух стальной, укрепленный снаружи или внутри каркасом из профилей (уголок, швеллер) и футерованного огнеупорными и теплоизоляционными материалами. Рабочее пространство может иметь прямоугольную, цилиндрическую форму, или форму параллелепипеда, свернутого в кольцо. Нагревательные элементы могут располагаться на стенках, на поду и под сводом печи, в зависимости от формы и соотношения размеров нагреваемых изделий.

Рис. 7. Электропечь сопротивления

4. Вагранка с копильником

индукционный канальный электропечь дуговой

Назначение печи.

Сооружается в литейных серийного и индивидуального производства, выпускающих среднее и крупное литье.

Конструкция печи (рис. 12).

Фундамент. Фундамент 1 под вагранку сооружается из бетона или бутовой кладки. Размеры фундамента в плане определяются исходя из допустимого давления на грунт. Глубина залегания фундамента выбирается в соответствии с требованиями строительной техники. Под вагранку и копильник устраивается общий фундамент, с ним связывается также обмуровка приямка для ковшей, подаваемых под заливку. Опорная поверхность фундамента под вагранкой располагается на 100-200 мм ниже пола цеха. Образующиеся углубление заполняется песком для предохранения фундамента от воздействия горячих материалов, вываливающихся из вагранки при ее выбивке. На фундамент вагранка может опираться непосредственно колоннами (рис. 8). В фундамент заливаются анкерные болты, которые входят в отверстия во фланцах колонн.

Фундаментная плита. Вагранки больших размеров обычно опираются на фундамент фундаментной плитой 2. Она делается сварной из швеллеров или литой из чугуна. Она крепится к фундаменту анкерными болтами, а колонны крепятся болтами к фундаментной плите.

Колонны. Колонны 3 вагранок делают сварными из прокатных профилей и труб и литыми из стали или чугуна полого цилиндрического сечения. Для предохранения от нагрева при выбивке вагранки колонны окружаются железными кожухами с зазором 20-30 мм на сторону. Зазор между кожухом и колонной заполняется песком.

Подовая плита. Подовая плита 5 крепится к колоннам болтами. Она служит опорой для всей вагранки и должна обладать достаточной прочностью и жесткостью. Подовые плиты изготовляются квадратными, литыми из чугуна или стали толщиной 30-40 мм.

Откидное днище. Откидное днище 4 служит для облегчения опорожнения вагранки по окончании плавки. Днище выполняется литым - для вагранок производительностью до 3 т чугунными, более 3 т стальными. Подъем днища осуществляется завалочным краном или специальными устройствами. Часто закрепление днища производится при помощи домкрата (рис. 9, а). В вагранках, разработанных Гипромезом, днище закрепляется при помощи скобы (рис. 9, б).



Рис. 8. Конструкция опорной части вагранки



Рис. 9. Способы закрепления откидного днища: 1 - подовая плита; 2 - откидное днище; 3 - верхняя часть домкрата; 4 - нижняя часть домкрата; 5 - серьга; 6 - скоба; 7 - рым - болт

Рабочая площадка. Рабочая площадка 6 для обслуживания фурм устанавливается на уровне подовой плиты на самостоятельных колонках или крепится к вагранке.

Кожух вагранки. Представляет цилиндр из листовой стали, образующий шахту и дымовую трубу (рис. 10).

Рис. 10. Кожух вагранки

Нижним фланцем кожух соединяется с подовой плитой опорной части вагранки, верхним - с пылеуловителем или газоходом системы газоочистки. Кожух сваривается из отдельных секций - царг. В нижней царге кожуха делают отверстия для фурм, металлической и шлаковой леток и для рабочего окна 1, а также устройства для водяного охлаждения плавильного пояса. Для придания кожуху жесткости в местах стыка царг приваривают кольца 2, изготовленные из углового железа, к царге 4 загрузочного окна привариваются полукольца 3. Загрузочное окно закрывается сварными дверками с футеровкой на внутренней стороне 10 (рис. 12).

Футеровка вагранки 14 (рис. 12). Обычно вагранки футеруются шамотным или полукислым кирпичом, а также термостойкими основными материалами. Вагранка футеруется в два слоя, причем внутренний слой выполняется из кирпича класса. А, а наружный - из кирпича класса Б. Между кожухом и футеровкой делается зазор толщиной от 30 до 50 мм, который засыпается песком или просеянным шлаком. Дымовая труба футеруется в полкирпича. Под вагранки набивной. Верхняя часть шахты у загрузочного окна подвергается механическим ударам загружаемой шихты. Поэтому в шахту на расстоянии 750-1000 мм ниже кромки загрузочного окна устанавливаются чугунные защитные сегменты 9 (рис. 12) с толщиной стенки до 40 мм (рис. 11). Защитные сегменты укладываются на опорное кольцо из уголков или крепятся болтами. Внутренняя полость защитных сегментов заполняется кварцевым песком.

Рис. 11. Металлические защитные сегменты: а - верхний; б - нижний

Копильник (рис. 12) предназначен для сбора необходимого количества чугуна. Копильник 16, как и вагранка, имеет кожух и футеровку. В задней части копильника сделано отверстие, к которому приваривается промежуточный желоб вагранки. Желоб футеруется и перекрывается сверху кирпичом, так что образуется замкнутый канал, по которому металл и шлак непрерывно стекают в копильник. В передней части копильника имеются чугунные литые дверки, состоящие по высоте из двух частей. В нижней дверке делается летка для выпуска чугуна 18; к ней крепится желоб. На уровне переходной летки 15 вагранки делается смотровое отверстие для наблюдения за вытеканием чугуна и шлака и прочистки летки. Сверху копильник перекрывается сварной или литой крышкой. В боковой части копильника имеется отверстие для выпуска шлака 17, также снабженное желобом. Выпускные желоба футеруются кирпичом и промазываются огнеупорной глиной. Искрогаситель. Искрогаситель предназначается для улавливания твердых частиц, выносимых продуктами горения через дымовую трубу. Искрогасатель 11 устанавливают на верхней части дымовой трубы.

5. Дуговая электропечь

В литейном производстве широко применяются электродуговые печи. Их используют для выплавки стали из металлического лома и для перегрева жидкого чугуна, получаемого в вагранках. Эти печи называют печи прямого действия, т.к. электрическая дуга возникает непосредственно между электродом и расплавленным металлом. Превращение электрической энергии в тепловую происходит в электрическом разряде, протекающем в газовой среде. В таком разряде небольшого объема можно сосредоточить большую мощность и, следовательно, получить высокую температуру.

Электрический режим работы дуговой печи зависит от режима процесса плавки. При расплавлении металлического лома печь работает на максимальной мощности. При доводке жидкого металла до нужного химического состава, мощность печи сравнительно не велика. Регулировать режим печи можно, изменяя напряжение на электродах или длину дуги, т.е. силу тока дуги. В первом случае переключают трансформатор с одной ступени на другую, во втором - опускают или поднимают электроды с помощью автоматической системы.

Печь подключают к трехфазной сети промышленной частоты напряжением 6000 кВ. рабочее напряжение на электродах регулируют переключением трансформатора. Для малых печей предусматривают 2-4 ступень напряжения трансформатора; для крупных печей - до 25 ступеней, что позволяет для каждого режима плавки подбирать оптимальное напряжение.

Печные трансформаторы устанавливают на минимальном расстоянии от печи с тем чтобы уменьшить потери электроэнергии (реактор - трансформатор - дуговая печь). В цепь высокого напряжения включают реактор (дроссель), который ограничивает силу тока при коротком замыкании на металл. Кожух печи: может быть цилиндрической или конической формы слегка расширяющийся к верху.

Принцип работы и устройство печи.

Главное отличие дуговых электропечей от других сталеплавильных агрегатов состоит в том, что основным источником тепла в них служит электроэнергия. В рабочем пространстве электропечи можно получать более высокую температуру и создавать атмосферу как окислительную так и восстановительную. Эти условия позволяют выплавлять сталь высокого качества.

После установки свода электроды опускают в нижнее положение до соприкосновения с кусками шихты и подают ток. Под каждым электродом образуется электрическая дуга, температура которой в различных точках составляет 2000-8000⁰С выделяется значительное количество тепла и начинается плавление металла.

В начальный момент плавления электрические дуги горят между электродами кусками холодной шихты. По мере расплавления отдельных кусков, расплавленный металл стекает на длину печи. Под электродами образуется в шихте углубления, превращающиеся в дальнейшем в колодцы, в которые и погружаются электроды. С этого времени электрические дуги горят внутри колодцев. Через 20-30 минут после начала подачи тока электроды достигают самого низкого положения. Электрические дуги начинают гореть над жидким металлом. Шихта, окружающая колодцы, постепенно оплавляется и оседает, при этом уровень жидкого металла в ванне печи повышается, а вместе с ним начинают подниматься электроды. Следовательно, в начале периода расплавления дуги горят большую часть времени в холодной шихте, свод и стены печи защищены от прямого излучения дуг, поэтому в этот период используется полная номинальная мощность печного трансформатора. Режим горения дуг в этот период крайне нестабилен, окруженные холодной шихтой дуги горят неустойчиво, длина их очень мала (10-25 мм), они легко перебрасываются с одного куска на другой, в результате чего возникают резкие колебания мощности.

После образования колодцев в шихте свод и электроды поднимают и поворачивают корпус печи на некоторый угол. Затем таким же способом проплавляют еще три колодца и снова корпус печи поворачивают на некоторый угол в другую сторону и проплавляют оставшуюся твердую шихту.

В конце периода плавления длина электрических дуг увеличивается. Расплавленная поверхность ванны отражает значительную энергию на свод и стены печи, поэтому для защиты кладки от сильного излучения мощность печного трансформатора снижают на 20-30%.

В окислительный период плавки происходит окисление примесей, содержащихся в металле (C, Si, Hn и т.д.). Примеси окисляются за счет кислорода железной руды, кислорода печной атмосферы или кислорода, вдуваемого в ванну. Широко распространена продувка ванны кислородом через водоохлаждаемую форму, имеющую несколько выходных отверстий в печь через отверстие в своде и устанавливают в такое положение, чтобы нижний конец находился на расстоянии 200-250-мм над уровнем шлака. Струя кислорода сдувает шлак, внедряется внутрь металла, происходит интенсивное окисление Fe, C, Si, Hn, выделяется большое количество тепла, температура металла повышается. При расходе кислорода 5-10 м²/т расход электроэнергии снижается на 10-15%, а производительность увеличивается в печи.

Для этого применяют двухфазовые статоры, питаемые током низкой частоты и располагаемые вдоль линии от рабочего окна к выпускному отверстию. Образующееся при этом бегущее магнитное поле индуктирует в жидком металле токи, которые при взаимодействии с полем вызывают перемешивание жидкого металла. С этой целью днище кожуха печи изготавливается из немагнитной стали. Основные характеристики дуговых сталеплавильных печей представлены в таблице.

Таблица 1. Основные характеристики сталеплавильных электропечей

Параметр	Основные характеристики дуговых электропечей, емкостью, т
	50	100	200
Мощность трансформатора, МВт	20	40	65
Диаметр электродов, м	0,5	0,55	0,61
Диаметр ванны на уровне порога окна, м	4,56	5,4	7,0
Глубина ванны, м	0,89	1,1	1,5
Расход электроэнергии, МДж/т	1590	1500	1400

Режим работы дуговых электропечей. Процесс плавки в дуговых печах состоит из следующих стадий: заправки печи, загрузки шихты в печь, плавления шихты, окислительного периода, восстановительного периода, выпуск металла и шлака.

Заправка печи осуществляется в промежутках между плавками путем забрасывания магнезитового порошка на подину печи, с тем, чтобы восстановить ее первоначальную форму. Загрузка шихты в печь производится при помощи бадьи с раскрывающейся нижней частью.

В настоящее время дуговые электропечи емкостью 50-200 т являются основными агрегатами для производства качественных легированных сталей из металла с добавкой небольшого количества твердого чугуна. Дуговые печи потребляют значительные мощности, поэтому их выполняют трехфазными с тремя электродами. Рабочий объем печи (рис 1) состоит из плавильного пространства и ванны.

Ванна имеет сферическое днище. Боковые стенки выполнены наклонными. Плавильное пространство печи перекрыто сферическим съемным сводом. Печь имеет три электрода, расположенных по треугольнику вертикально. Под печи выкладывается магнезитовым кирпичом и сверху набивается магнезитовым порошком, смешанным со смолой. Стены выкладываются из магнезито-хромового кирпича в железных кассетах или из набивных блоков, приготовленного из смеси магнезитового порошка, обожженного доломита и каменноугольного пека. Свод выкладывается из магнезито-хромового кирпича и заключается в прочное стальное кольцо, которое ставиться на стенки кожуха печи. Свод имеет три отверстия для прохода графитовых электродов.

Основной несущей металлоконструкцией является двужекторная люлька, на которой монтированы кожух с футеровкой и консольный мост (портал) с механизмами поворота, подъема свода и вращения печи. Для обслуживания рабочего пространства в печах малой и средней емкости имеется одно, а в больших печах - 2 окна, плотно закрывающиеся водоохлаждаемой заслонкой. Для выпуска из печи жидкого металла имеется сливной желоб (носик).

Электроды крепятся в электрододержателях, которые с помощью механизма перемещения могут передвигаться вверх и вниз. Ток к электрододержателям подается по гибким кабелям. Печное электрооборудование сталеплавильных дуговых печей такое же, как и дуговых ферросплавных печей, и отличается только тем, что в цепь питания сталеплавильных печей вводят дроссель для повышения индуктивности цепи, чтобы обезопасить от короткого замыкания электродов на металл.

Все крупные печи имеют верхнюю механизированную загрузку шихты, для чего свод печи можно приподнимать специальным механизмом и с помощью портала отводить в сторону. Для слива жидкого металла и шлака их печи, а так же для облегчения ремонта подины печи снабжаются специальным механизмом, позволяющим наклонять печь в сторону рабочего окна на 15 градусов, крупные печи так же оборудованы устройством для вращения портала вокруг вертикальной оси на 80 градусов и устройством для электромагнитного перемешивания жидкого металла. На 15-10%. При продувке ванны кислородом содержание СО в газах достигает 70%, а запыленность газов составляет 15-20 г./м² поэтому газы отводятся из печи в газоочистку.

Восстановительный период начинается, когда в ванне содержание углерода достигает требуемого значения. В это время скачивается окислительный шлак и наводится восстановительный шлак с большим содержанием окиси кальция (>60%).

Восстановительная атмосфера в печи создается за счет ввода в шлак молотого кокса. В восстановительный период ванна не кипит, следовательно, перемешивается плохо. Температура в различных зонах ванны различная. Под электродами шлак имеет наиболее высокую температуру, у стен печи его температура значительно ниже. Температура металла на поду ниже температуры нижних слоев. Перепад температур составляет 40-50 градусов. Поэтому в восстановительный период применяется искусственное перемешивание металла с помощью электронного устройства В дуговых сталеплавильных печах внешние тепловые потери, достигающие 40-45% общего количества тепла, выделенного в печи. Завися потери тепла, от емкости, технологии плавки, составления печи. При заправке печи часть энергии, аккумулированной в ее футеровке, расходуется на нагрев заправочных материалов и на компенсацию тепловых потерь. При загрузке шихты часть энергии теряется в результате излучения внутренней поверхности в футеровке, передается шихте. В период доводки футеровка накапливает тепло и отбирает из рабочего пространства до 15-20% всего тепла, вводимого в печь. При продувке ванны кислородом образуется много газов (350-400 м²/т*ч) которые покидают рабочее пространство печи при температуре 1450-1500 градусов Цельсия. Потери тепла с газами составляют 10% всей затраченной энергии на процесс. Чем больше емкость печи тем меньше относительные потери. Дуговые печи имеют КПД=85% при твердой шихте и 15-20% при жидкой.

Недостатком дуговых электропечей является значительное потребление электроэнергии достигающее 500-800 кВт/ч а их основным преимуществом - возможность выплавлять сталь высокого качества.

Для переправления стали и чугуна в литейных цехах применяются дуговые электропечи емкостью обычно до 10 т как с основной так и с кислой футеровкой. Кислая футеровка выполняется из динасового кирпича. Подина и откосы печи набиваются из кварцевого песка связанного жидким стеклом. В печах с кислой футеровкой невозможно рафинирование металла. Поэтому их применяют при переплавке литья. Плавка в печах с кислой футеровкой более экономична из-за более низкой стоимости материалов и большой их стойкости, из-за меньших расходов электроэнергии, т.к. в кислых печах применяют кислые шлаки, которые менее электропроводны, чем основные, поэтому часть энергии при плавке выводится непосредственно в шлаки.

Основные печи применяют для переплава в тех случаях, когда необходимо удалить из металла серу или фосфор. При переплавке окислительный период отсутствует и окислители шихту не вводит. В остальном процесс переплава аналогичен сталеварению.

6. Сушила литейных цехов.

Сушка форм и стержней в настоящее время занимает большое место в комплексе технологических процессов литейного производства, в особенности при производстве литых деталей машин, выпускаемых мелкими сериями.

Недостатком применения процесса сушки является разрыв и удлинение производственного цикла, усложнение возможности перехода на поточную организацию производства, деформация форм и опок в процессе сушки, необходимость большой площади для установки сушил, а также необходимость увеличения парка опор и большой расход топливо на сушку.

Даже в современных сушилах улучшенной конструкции удельный расход тепла на сушку форм и стержней в 1.5 раза больше, чем удельный расход тепла на выплавку тонны стали, и вдвое больше, чем удельный расход тепла в вагранках для расплавления чугуна.

Ещё большее значение имеет улучшение конструкций сушил с точки зрение достижение равномерности процесса сушки и сохранения точности заданного температурного режима сушки.

Наконец, немалое значение имеет интенсификация процесса сушки для уменьшения уменьшение затраты производственных площадей цехов и сокращение расхода капиталовложений и затраты рабочей силы на сушку форм и стержней.

Рециркуляция газов в сушилах.

В сушилах газы из топки подаются каналы, по которым через отверстие, расположенные по всей длине этих каналов, поднимаются вверх, где, соприкасаясь с нагретыми стержнями или формами и испаряя влагу, охлаждаются и опускаются вниз. Меньшая часть газов уходит в вытяжной канал, соединенный с трубой, а большая часть, смешивается с горячими газами, вновь поднимается вверх, осуществляя рециркуляцию. Продольное размещение приточных отверстий привело к усилению естественной рециркуляции. Усовершенствование вводе горячих газов в сушила помогло использовать энергию восходящей струи для дополнительного усиление рециркуляции.

В результате удалось добиться уменьшения разницы температур в различных частях сушила до 20°С. Кратность циркуляции, соответствующая такой разнице температур, равна 6 - 7 при сушке форм и 13 - 15 при сушке стержней. Полученные результаты работы сушил лучше обеспечивают разрешение поставленных выше задач точного и равномерного режима во всем объеме сушила и резкого сокращения расхода топлива.

Также применяется искусственная рециркуляция газов в сушилах.

В сушилах встраивается вентилятор, который забирает дымовые газы из вытяжного канала и нагнетает их в приточные каналы, осуществляя таким образом повышение давления в них за счет искусственной рециркуляции газов. Этим достигаются одновременно две цели:

1. Увеличивается давление в приточных каналах и кинетическая энергия струи газа, выходящих из щелей приточного борова;

2. Снижается температура газов, поступающих в сушило из топок, что позволяет увеличить напряженность работы топок.

В результате рециркуляции был снижен расход топливо на 17 - 50% и снизился перепад температур по высоте сушил до 40°С вместо 70°С.

Непрерывно действующие сушила бывают двух типов:

1. вертикальные;

2. горизонтальные.

Размещено на Allbest.ru