|
|
Тема 6.2.2. Дугові плавильні та електропечі
План
1. Загальні відомості 2. Дугові печі для плавки чорних металів 3. Дугові печі для плавки кольорових металів 4. Електронно-променеві печі.
Загальні відомості У дугових електричних печах електрична енергія перетворюється в теплову в електричному розряді, що протікає в газовій фазі або вакуумі. У такому розряді або дузі можна виділити велику кількість енергії і, отже, отримати високу температуру (більше 3000 ° C). Газове середовище зазвичай є хорошим ізолятором і не проводить електричний струм. Іонізація газу призводить до появи заряджених частинок-електронів та іонів. У цих умовах газ проводить електричний струм. Чим вище напруга на електродах, тим більше електричний струм. Дугові печі можна поділити на такі види: прямої і непрямої дії і електронно-променеві. Дугові печі прямої дії. Електрична дуга виникає між електродом і розплавленим металом. Це забезпечує швидкий нагрів металу отже, високу продуктивність. Печі цього типу-трифазні, великої потужності; застосовують для плавки чорних металів. для плавки кольорових металів через інтенсивне їх випаровування ці печі не застосовують. Робочий простір печі може бути заповнено повітрям або бути під вакуумом. Дугові печі непрямої дії. Електрична дуга виникає між електродами, а розплавляємий метал знаходиться від дуги на деякій відстані. Чад і випаровування металу в цих печах набагато менше, ніж в печах прямої дії. Печі непрямої дії використовують переважно для плавки кольорових металів. Електронно-променеві печі. У печах цього типу потужний пучок електронів, потрапляючи на метал, нагріває і розплавляє його. Електронно-променеві печі застосовують для отримання злитків особливо чистих сталей і сплавів спеціального призначення. Дугові печі для плавки чорних металів B ливарному виробництві електродугові печі використовують для виплавки сталі з металевого брухту і для перегріву рідкого чавуну, одержуваного в вагранках. Електричний режим роботи дугової печі залежить від режиму процесу плавки. При розплавлюванні металевого брухту піч працює на максимальній потужності. При доведенні рідкого металу до потрібного хімічного складу потужність печі порівняно невелика. Регулювати режим печі можна, змінюючи напругу на електродах або довжину дуги, т. е. силу струму дуги. У першому випадку перемикають трансформатор з одного ступеня на інший, у другому-опускають або піднімають електроди за допомогою автоматичної системи. Піч підключають до трифазної мережі промислової частоти напругою 6000 кВ. Робочу напругу на електродах регулюють перемиканням трансформатора. Для малих печей передбачають 2-4 ступені напруги трансформатора; для великих печей-до 25 ступенів, що дозволяє для кожного режиму плавки підбирати оптимальну напругу. Піч складається з наступних основних вузлів: сталевого кожуха (каркаса), механізму нахилу, футерування (під, стіни і звід), електродів і механізму переміщення електродів. Кожух печі може бути циліндричної або конічної форми, злегка розширюється догори. Кожух зварюють з листової сталі товщиною 12-20 мм. Днище кожуха може бути, плоским, конічним або сферичним. У кожусі вирізують отвори для завантажувального вікна та металевої льотки. Кожух печі несе на собі всю тяжкість футерування і розплавляємого металу і відчуває термічні напруги, тому він повинен бути великої міцності. Футеровка печі. Подина складається з декількох шарів. Перший шар, дотичний з рідким металом і шлаком, - набивний з вогнетривкого порошку. При кислому процесі використовують набивання з кварцового піску, при основному - набивання з магнезитового порошку. Другий шар подини при кислому процесі виконують з динасу, а при основному - з магнезиту. Наступні шари - з шамоту, діатоміту і азбесту. Стіни печей роблять багатошаровими. Перший шар в залежності від процесу викладають з динасової або магнезитової цегли, другий - з шамотної цегли, третій - з діатомітового порошку, який, будучи теплоізоляцією, одночасно компенсує розширення вогнетривів при нагріванні печі та тим самим оберігає її кожух від руйнування. Замість вогнетривких цеглин іноді застосовують набивні блоки, виготовлені з кварцового піску або магнезитового порошку. Звід виготовляють за допомогою спеціального шаблону з електродинасової нормальної і фасонної цегли. Електроди. Застосовують вугільні або графітові(частіше). Електроди мають круглий перетин і довжину 1000-1800 мм. B торцях електродів зроблені отвори з різьбленням. У міру обгорання нижньої частини електрода, який знаходиться в печі, його нарощують. Для цього у верхню частину працюючого електрода вгвинчують за допомогою з'єднувального ниппеля новий електрод. Механізація завантаження печі. У печі ємністю 1,5 і 3 т металобрухт завантажують вручну. При завантаженні печей більшої ємності застосовують спеціальні механізми. Найбільш поширений метод завантаження зверху. При завантаженні шихти склепіння печі разом з електродами піднімають вгору і повертають на 80-100 °. Відкриту піч завантажують за допомогою спеціальних завантажувальних кошиків. Після закінчення завантаження печі звід повертають в початкове становище.
Дугові печі для плавки кольорових металів Мідь і мідні сплави плавлять в дугових печах непрямої дії. Печі цього типу - однофазні з двома горизонтально розташованими електродами. Кожух печі зі сталі має форму барабана. Футеровка печі складається з двох шарів: з шамоту товщиною 120-140 мм і теплоізоляційного шару з діатоміту і азбесту товщиною 60-80 мм. Кожух печі встановлений на приводних роликах і може повертатися (гойдатися) на деякий кут в різні боки. Робочий простір печі має форму циліндра, діаметр якого повинен бути таким, щоб при заповненні печі металом відстань від нього до електродів було не менше 125 мм. B цьому випадку виключається перекидання дуги на метал. Піч має два електроди: один переміщається за допомогою електродвигуна, інший - вручну. У місці проходу електродів в печі знаходяться водоохолоджувані електродотримачі. На дугових печах непрямої дії застосовують тільки графітові електроди, так як менш міцні і більш важкі вугільні електроди в горизонтальному положенні працювати не можуть. Електронно-променеві печі. Переплавляємий метал у вигляді штанг завантажують у піч, в якій вони послідовно розплавляються. Подача штанг під електронний пучок, фокусування і відключення пучка за допомогою електромагнітних систем автоматичні. Подібні печі мають електронні гармати потужністю до 1700 кВт. Вакуум в плавильному просторі регулюють в залежності від властивостей розплавляємого матеріалу в межах 10-3-10-5 тор. При електроннопроменевій плавці різко знижується вміст в металі газів, неметалічних включень і небажаних мікродомішок кольорових металів. В електронно-променевих вакуумних печах виплавляють якісні жароміцні, жаротривкі, штампові, низьковуглецеві сталі, а також молібден, вольфрам, ніобій і т.
Контрольні запитання: 1. Як перетворюється електрична енергія в теплову в дугових печах? 2. До чого призводить іонізація газу?* 3. Які види дугових печей ви знаєте? 4. Від чого залежить електричний режим роботи дугової печі? 5. Як можна регулювати режим печі? 6. З яких вузлів складається піч для плавки чорних металів?** 7. Які сплави плавлять в печах непрямої дії? 8. Чому в печах непрямої дії застосовують лише графітові електроди?* 9. Які метали виплавляють в електронно-променевих печах?
Література: 1, с. 133-141.
Тема 6.2.3. Вагранки План
1Конструкція вагранки. 2 Робота вагранки. 3 Горіння коксу в вагранці. 4 Вагранки на гарячому дутті 5 Вагранки з охолоджуваним плавильним кожухом 6 Коксогазові вагранки
Конструкція вагранки. Вагранка - плавильна піч шахтного типу.
Рисунок 20 – Вагранка з копильником
На рис. 20 зображена вагранка з копильником. Вертикальний циліндричний кожух 9, виготовлений з листової сталі товщиною 8-12 мм, встановлений на подовій плиті 18. Всередині кожух футерований вогнетривким матеріалом 10 товщиною 250-300 мм. Подова плита встановлена на чотирьох колонах 19. У центрі подової плити є круглий отвір для видалення залишків плавки. Отвір закритий двома напівкруглими дверцятами 20, підвішеними на петлях. Спеціальний затвір запобігає розкриття дверцят. Іноді дверцята підпирають знизу стійкою 21. У кожусі вагранки вирізують отвори для завантажувального вікна 12, робочого вікна 15, фурм 7, сполучної льотки 6. Частина кожуха від завантажувального вікна до подової плити називають шахтою I3. Частина кожуха, розташовану вище завантажувального вікна, називають трубою 11. Нижче завантажувального вікна (На 0,8-1,2 м) шахту викладають не вогнетривкими, а чавунними порожнистими блоками, які добре протистоять ударам металу, що завантажується. Під 17 набивають через робоче вікно, яке перед початком плавки щільно закривають дверцятами I6. Копильник 4 призначений для збору необхідної кількості чавуну. Копильник, як і вагранка, має кожух і футеровку. Рідкий метал з вагранки надходить в копильник через летку 6. Метал з копильника випускають через летку 2 по жолобу 1; шлак - через шлакову летку 3. З'ємний звід 5 герметичний. Повітря спочатку надходить у фурмений пояс 8 і потім по патрубкам - до фурм. Шибери 15, встановлені на патрубках дозволяють регулювати витрату повітря на фурми. На верхній частині димової труби, що виходить з будівлі, встановлюють іскрогасник для уловлювання розпечених часток і пилу, що викидаються з вагранки. Вогнетривкий матеріал для вагранки підбирають залежно від складу шлаків: при кислих - шамот, при основних - магнезит. Застосовують фасонні вироби і набивні маси.
Робота вагранки Перед початком роботи в вагранку через завантажувальне вікно завантажують кокс, який розпалюють дровами або природним газом. Коксу завантажують стільки, щоб його рівень був вищий осі фурм на 700-1500 мм. Одержуваний стовп коксу називають холостою колошею. На холосту колошу завантажують першу металеву колошу; на неї - першу робочу коксову колошу, на яку завантажують в порядку чергування металеві і робочі коксові колоши до заповнення шахти вагранки. На кожну металеву колошу (починаючи з третьої) завантажують флюс (вапняк, основний мартенівський шлак та інші матеріали) для утворення шлаків. Ошлаковується зола коксу, футеровка, пригар з ливників. Після закінчення завантаження включається дуттєвий вентилятор. Повітря надходить через фурми в холосту коксову колошу. Починається інтенсивний процес горіння з виділенням великої кількості теплоти. Перша чавунна колоша, розташована безпосередньо на розпеченому коксі, починає плавитися. Краплі і струмки рідкого металу стікають по шматках і між ними до подини. Сюди ж стікають і утворені шлаки. Через сполучну летку метал і шлак надходять в копильник. Коли рівень металу досягне необхідної висоти, відкривають чавунну летку і метал випускають з копильника. Шлак випускають через шлакову летку у міру його накопичення. До моменту розплавлення першої металевої колоши рівень холостої колоші знижується. Для виходу з вагранки чавуну з постійними температурою і хімічним складом висота робочої коксової колоші повинна бути рівна висоті, на яку зменшилася холоста колоша. Таким чином, кожна подальша металева колоша плавиться на одній і тій же висоті. Колоші рухаються безперервно. Для підтримки постійної висоти стовпа матеріалів у шахту завантажують метал, кокс і флюс. У вагранці гарячі гази, що утворюються при горінні коксу, піднімаються вгору, а матеріали переміщаються вниз (принцип протитоку). Внаслідок цього відбувається інтенсивний теплообмін між газами і матеріалами, що завантажуються в піч. Металева колоша, опускаючись по шахті, поступово нагрівається до температури плавлення і плавиться. Гарячі гази при русі вгору, зустрічаючись з усе більш холодними металевими колошами, охолоджуються. Використання теплоти газів підвищує ККД вагранки. У вагранці витрачається 10-15% коксу від маси металозавалки.
Горіння коксу в вагранці. Кокс в вагранці горить в холостій колоші. Повітря, що надходить через фурми, зустрічається з розпеченими шматками коксу, в результаті чого інтенсивно протікають реакції взаємодії вуглецю коксу з киснем повітря. Дослідження горіння шарів коксу показують, що в першому шарі витрачається близько 50% всього кисню, що міститься в повітрі. У наступних двох - трьох шарах витрачається решта кисню. Шар, в якому повністю засвоюється кисень повітря, називається кисневої зоною. Безпосередньо над кисневої зоною розташована відновна зона. Основним процесом в цій зоні є взаємодія вуглекислого газу з вуглецем коксу. В результаті протікання реакції:
C + CO2 = 2CO-Q
Вміст СО2 поступово зменшується, а СО зростає. Коли гази, що піднімаються вгору, охолодяться до 900-10000 С, взаємодія газів з коксом практично припиниться.
Вагранки на гарячому дутті. При подачі в вагранку підігрітого повітря температура виплавленого чавуну підвищується і тим більшою мірою, ніж вище температура повітря. Подача в вагранку повітря підвищує температуру в холостій колоші. Зростає температура газів, що проходять через холосту колошу, і температура шматків коксу в холостій колоші. Процес прогріву і плавлення шихти інтенсифікують по мірі підвищення підігріву дуття. У цих умовах краплі чавуну відірвалися від шматків металу, при проходженні холостої колоши встигають перегрітися до більш високої температури, ніж при холодному дутті. У тих випадках, коли не потрібно підвищення температури рідкого металу, зменшують висоту холостої колоші з тим, щоб зменшити тривалість перебування краплі в зоні високих температур. Це може бути досягнуто зниженням витрати коксу на робочу колошу. Застосування гарячого дуття позитивно позначається на металургійних процесах, що протікають в вагранці: зменшується угар елементів і газонасиченість металу, знижується брак лиття.
|
|
