8.3.3. Режимы работы трёхфазной дуговой печи
Загрузка печи. Как уже отмечалось, загрузка шихты в печи большой вместимости происходит сверху при снятом своде. Это значительно усложняет конструкцию, но позволяет сократить продолжительность загрузки в 8…10 раз. Компоненты шихт предварительно загружают в бадьи -3 (рис.8.14.), дно которой образовано стальными цепями. Верхние звенья цепей прикреплены к бадье, а нижние стянуты стальным тросом. Бадью с помощью мостового крана опускают в рабочее пространство печи, не касаясь остатков металла на подине. После этого с помощью лебёдки вытягивают трос, стягивающий нижние звенья цепи, и извлекают бадью из печи. Этот метод позволяет загрузить шихту в один приём и без ударов её о футеровку.
Период расплавления. В этот период в печь вводят максимальную мощность, в современных печах удельная мощность достигает 700кВт на тонну металла. Расплавление происходит путём прожигания глубоких колодцев на всю глубину слоя загруженной шихты. Как показано на рис. 8.15 под действием высокой температуры дуги, металл под торцем электрода быстро плавится и стекает вниз. Автоматика, поддерживающая постоянной длину дуги, опускает электроды вниз, вслед за проплавляющейся шихтой. Когда электроды достигают самого нижнего положения, на поду печи уже образуется расплавленный металл и дуги горят над ним. Шихта, образующая колодцы, постепенно оплавляется и оседает, а уровень жидкого металла повышается. Длина дуги в этот период должна быть максимальной для интенсификации передачи тепла к стенкам колодцев. После прожигания колодца на всю глубину электроды поднимают вверх, и шихта обваливается в колодцы под действием силы тяжести. Электроды снова опускают вниз и прожигают новые колодцы. Этот приём повторяют до расплавления всей массы шихты.
Рис. 8.15. Расплавление шихты путём прожигания колодцев.
1- зажигание дуги; 2 и 3- стадии проплавления шихты в колодцах; 4 – завершение периода расплавления.
Период расплавления сопровождается сильным шумом и выделением большого количества пыли и дыма. Однако КПД печи в этот период достигает 90%. Это объясняется тем, что излучение дуги практически полностью поглощается шихтой, образующей стенки и дно колодца. Температура свода и стенок печи снижается.
Во избежание выделения пыли и дыма из печи в ней создают разряжение. Для этого в своде печи имеется отверстие, через которое газы отсасываются из рабочего пространства печи и направляются в систему газоочистки. При распаде электродов образуется мелкодисперсная пыль, поэтому система очистки газовых выбросов сложная и энергоёмкая.
Разряжение в рабочем пространстве печи приводит к подсосу в него воздуха из цеха и, как следствие, повышенному угару металла. Величина угара при плавке чугуна в таких печах практически такая же, как при плавке в вагранке.
Период перегрева металла. В печах с высокой удельной мощностью скорость перегрева достигает 100оС за 5 минут. Перемешивание жидкого металла осуществляется в результате взаимодействия пересекающихся магнитных полей тока дуги и тока в металле (см. главу 2). Интенсивность излучения на свод в этот период максимальная из всех периодов плавки в дуговых печах. Поэтому в печах с высокой удельной мощностью в этот период работают с заглублением дуги внутрь металла. Глубина заглубления приблизительно равна диаметру электрода. Работа на заглублённой дуге позволяет существенно уменьшить тепловую нагрузку на свод, так как излучение дуги частично экранируется жидким металлом.
Выделение пыли и газа в этот период уменьшается, что позволяет снизить разряжение в печи, однако, угар металла и в этот период большой.
Выдача металла на заливку. В период раздачи металла на заливку мощность, потребляемая печью, расходуется только на компенсацию тепловых потерь и для больших печей составляет примерно 50кВт/т. Таким образом, коэффициент загрузки трансформатора печи не превышает 10%, что крайне невыгодно экономически. Поэтому для раздачи металла следует использовать раздаточные печи. В чугунолитейном цехе КАМАЗа использовали дуплекс процесс, состоявший из плавильной ЭДП ёмкостью 50т мощностью 35 000 кВА и раздаточной ЭДП ёмкостью 75т и мощностью 7 000 кВА. При переливе металла из плавильной печи в ковш и из ковша в раздаточную происходило дополнительное перемешивание металла достаточное для выравнивания температуры и химического состава чугуна.