Электрометаллургические печи: классификация

Электрометаллургические плавильные печи классифи­цируются по нескольким признакам. По назначению рассматриваемые печи разделяются на ферросплавные, предназначенные для выплавки ферросплавов, сталеплавиль­ные и шлакоплавильные.

В общем случае электрическая плавильная печь явля­ется агрегатом, в котором тепло, полученное в результате превращения электрической энергии в тепловую, пере­дается расплавляемому материалу. В связи с этим од­ним из основных признаков классификации электроме­таллургических печей является способ преобразования электрической энергии в тепловую. По этому признаку электрические плавильные печи делят на дуговые, печи сопротивления, комбинированные, электроннолучевые и индукционные.

Дуговые электропечи

В этих печах электроэнергия дуги превращается в тепло и передается нагреваемому материалу излучением. В зависимости от положения дуги относительно нагреваемого материала различают дуговые печи с закрытой дугой, а также печи прямого или косвенного нагрева (рис. 24). В дуговых печах кос­венного нагрева дуга горит между электродами на не­котором расстоянии от расплавляемого материала (рис. 24,а). Большое теплоизлучение от открытой дуги и связанная с этим малая стойкость футеровки ограничи­вают мощность печей косвенного нагрева. Подобные пе­чи иногда используют для плавки цветных металлов и чугуна в литейных цехах.

В дуговых печах прямого нагрева, получивших наи­большее распространение в сталеплавильном производ­стве, дуга горит между вертикально расположенными электродами и нагреваемым материалом (рис. 24,б и в).

Ток дуги проходит через материал. В зависимости от преимущественного направления движения тока разли­чают печи с непроводящей (рис. 24, б) и с проводящей (рис. 24, в) подиной. В печах с непроводящей подиной ток через металл проходит в горизонтальном направле­нии, в то время как в печах с проводящей подиной как в горизонтальном, так и вертикальном направлении от верхних электродов к подовым.

Наиболее рациональной является схема нагрева в пе­чах с закрытой дугой (рис. 24,г), в которых электриче­ская дута горит под слоем шихты, что обеспечивает хо­рошую защиту футеровки печи от теплового воздействия дуг и малые теплопотери. Печи с закрытой дугой широ­ко используют для руднотермических процессов, напри­мер для производства ферросплавов, где необходимы вы­сокие температуры для обеспечения восстановительных процессов.

По характеру образования и температуре дуги дуго­вые печи делятся на дуговые, описанные выше, и плазменные. В плазменных печах нагрев и плавление ма­териала осуществляются низкотемпературной плазмой (5000 — 20000°С), создаеваемой вследствие стабилизации электрической дуги газом или в результате высокочастотного индукционного разряда. Эти печи предназна­чены для выплавки специальных сплавов, сталей и чис­тых металлов.

Печи сопротивления

Печи сопротивления характеризуются выделением те­пла в специальных нагревательных элементах или ис­ходных материалах в результате прохождения через них электрического тока. В печах сопротивления косвенного нагрева нагревательные элементы выполняют в виде угольных, графитовых и карборундовых электродов, в виде засыпки (угольная крупка), а также в виде нагревательных трубок. Печи косвенного нагрева кон­струкции С.С. Штейнберга и И. П. Грамолина (рис.25, а) применяются преимущественно в цветной металлургии. Недостатком этих печей является частый выход из строя контактов и трудность замены электродов в процессе плавки.

Печь Таммана (рис. 25.б) в связи с простотой кон­струкции и возможностью плавного регулирования тем­пературы в большом диапазоне температур (до 2000° С) широко используется в лабораториях.

К печам сопротивления относятся и установки электрошлакового переплава, тепло в которых выделяется при прохождении тока через шлак, в результате чего расходуемый электрод, опущенный в шлак, плавится.

Комбинированные печи

Комбинированные печи сочетают нагрев непосред­ственно от дуги в результате прохождения тока через нагреваемый материал. К этому типу печей можно от­нести руднотермические печи с закрытой дугой (см. рис. 24,г). Доля тепла, выделяемая в дуге, расплавляемом материале и расплавах, зависит от характера процесса, значения напряжения, свойств шихтовых материалов и т. д.

Электроннолучевые печи

Электроннолучевые печи характеризуются нагревом материала в результате бомбардировки его электронами. При этом часть своей энергии электроны передают на­греваемому материалу. Источником электронов служит катод, размещенный в специальной электронной пушке. Электроннолучевые печи используют для производства металлов высокой степени чистоты и получения высоко­качественных отливок.

Индукционные печи

В этих печах для нагрева метал­ла используются токи, создаваемые электромагнитной индукцией. По существу индукционные печи являются печами сопротивления, но отличаются от них способом передачи энергии нагреваемому металлу. В отличие от печей сопротивления в индукционных электрическая энергия превращается сначала в электромагнитную, за­тем снова в электрическую и, наконец, в тепловую.

Дуговые и индукционные сталеплавильные печи мо­гут быть открытыми и вакуумными. В вакуумных печах из плавильного пространства откачивают воздух и газы. Плазменные печи могут работать как вакуумные, а так­же с использованием инертных газов.

Переплавные печи

Плазменные, электроннолучевые, электрошлаковые и вакуумные дуговые печи некоторых типов работают на расходуемых электродах, специально выплавляемых в других агрегатах. Поэтому печи этих типов часто вы­деляют в особую группу переплавных печей. Некоторые типы переплавных печей, в связи с их относительно про­стой конструкцией носят названия установок, например установки электрошлакового переплава.

Электропечи классифицируются и по ряду других признаков: конструкции, типу футеровки и т. д.