История развития дуговых электрических печей

В электрических печах плавку стали производят за счет теплоты, получаемой в результате преобразования электрической энергии в тепловую. Применение электрического тока для нагрева впервые было предложено в 1803 г. В. В. Петровым после открытия им в 1802 г. явления электрической дуги.

В электроплавильных печах успешно выплавляют многочисленные марки легированных сталей самого ответственного назначения. На долю литейного производства приходится около 50% изготовления такой стали. Вначале плавка в электрических печах предназначалась только для получения легированных и высококачественных сталей. В последние годы все большее распространение электроплавильные печи получают для выплавки сталей массового потребления. В настоящее время в литейных цехах выплавляют наибольшее количество стали в электродуговых печах.

Первая дуговая печь, работающая на трехфазном токе с вертикальными электродами, была построена французским инженером П. Эру в 1899 г. В печи П. Эру жидкая металличе­ская ванна была защищена от науглероживающего действия электродов слоем жидкого шлака.

Современные дуговые электросталеплавильные печи состоят из сложного комплекса механического и электрического оборудования.

В металлургии стали используют электродуговые печи ем­костью до 180 т и более, мощность питающих их трансформаторов до 36 000 кВа и более.

В обычных дуговых сталеплавильных печах электрическая энергия преобразуется в тепловую в трех электрических дугах (рис. 5.1). При таком способе нагрева представляется возможным сосредоточить в относительно небольшом объеме большую мощность, доходящую до 16 тыс. кВт на одну дугу, и достигнуть внутри дуги температуры примерно 10 000°С (в среднем 4000…6000°С).

Рис. 5.1. – Схема современной трехфазной дуговой электрической печи прямого нагрева с зависимой дугой.

1 – вторичные обмотки печного трансформатора, 2 – футеровка пода и стен печи, заключенных в стальной кожух, 3 – свод, 4 – электроды, 5 – ванна металла.

Дуговые электрические печи питаются электроэнергией через понижающий трансформатор, входящий в обязательный комплекс электрооборудования установки. Правильное соотношение между размерами печи и мощностью трансформатора – важнейший фактор, определяющий основные показатели работы дуговых электрических печей: производительность, удельный расход электрической энергии и качество выплавляемого металла. Из электродуговых печей в литейном производстве наибольшее применение находят печи емкостью 3...5 т.

В зависимости от места расположения электрической дуги по отношению к нагреваемому телу различают электродуговые печи трех типов:

– с независимой дугой, которая горит между электродами, не касаясь плавящейся шихты; в таких печах электрический ток не проходит через металл, их широко применяют для выплавки цветных сплавов;

– с зависимой дугой (печи так называемого прямого нагрева). В этом случае дуговой разряд протекает между электродами и нагреваемым или плавящимся материалом. Печи такого типа широко используют для производства фасонного стального литья (рис. 5.1);

– с закрытой дугой; электрическая дуга горит под слоем твердой шихты. Такие печи называют также комбинированными электродуговыми печами. Их широко используют при производстве ферросплавов.

Развитие электрометаллургических процессов сопровождается непрерывным совершенствованием технологии и конструкции печей. Наиболее характерной чертой современной электрометаллургии является быстрый рост емкости и мощности дуговых печей. Себестоимость стали, выплавляемой в таких печах, заметно ниже, чем стали, получаемой в печах малой емкости. По этой причине количество электрических печей большой емкости, используемых в литейных цехах, постоянно увеличивается. Увеличение емкости печей сопровождается и использованием трансформаторов повышенной мощности.

В конструкции некоторых современных печей предусматривают устройство для использования кислорода, кислородно-топливных горелок и вдувания в сталь пылевидных веществ.

Современные электродуговые печи имеют электромагнитные устройства (статоры) для перемешивания жидкого металла и выравнивания его химического состава и температуры, что в частности важно при легировании стали тугоплавкими эле­ментами.

В литейных цехах в отличие от металлургических кислый процесс электроплавки применяется чаще. При кислом процессе электроплавки отмечаются большая стойкость футеровки, более низкая ее стоимость, меньшие удельный расход электроэнергии и продолжительность плавки, хорошая раскисленность стали и в отдельных случаях повышенные литейные свойства.

В большой металлургии электродуговые печи в основном применяют для выплавки высоколегированных сталей. В литейном же производстве электродуговые печи широко используют и для выплавки углеродистых сталей.