9. Дуговые печи прямого действия. Назначение, принцип работы и конструкция.
В дуговых печах прямого действия дуга горит между электродами и расплавляемым металлом, непосредственно нагревая металл (рис. 7).
Основные отличия дуговых печей прямого действия:
- непосредственный контакт выплавляемого металла с дугой;
- высокое испарение выплавляемого металла;
- защищенность свода печи от непосредственного излучения дуг в отличие от дуговых печей косвенного действия;
- горение дуг в атмосфере воздуха;
- вертикально подвешенные электроды или под небольшим углом к вертикали;
- применение графитированных электродов большого сечения;
- высокая мощность трансформаторов;
- применение трехфазного переменного тока или постоянного тока.
Рисунок 7 Схема дуговой сталеплавильной печи прямого действия: 1 – электрод, 2 – футеровка, 3 - рабочая дверца; 4 - летка для выпуска жидкой стали, 5 - жидкая ванна, 6 - механизм наклона, 7 – электрододержатели.
В зоне действия дуг происходит интенсивное испарение металла, и поэтому дуговые печи прямого нагрева не получили широкого применения для плавления дорогих металлов, характеризуемых низкой температурой испарения.
Обычно дуговые сталеплавильные печи прямого действия применяют для плавки стали.
К особым видам дуговых печей прямого действия можно отнести также:
- дуговые вакуумные печи (рис. 8);
- плазменные дуговые печи, в которых расплавленный металл служит одним из электродов для дуги (рис. 9).
Рисунок 8 Схема вакуумной дуговой печи с расходуемым электродом: 1 – расплавляемый электрод; 2 – вакуумная камера; 3 – механизм перемещения электрода; 4 – кристаллизатор; 5 – жидкая ванна.
Вакуумные дуговые печи можно в свою очередь разделить на виды:
- печи с нерасходуемым водохлаждаемым электродом;
- печи с расходуемым электродом;
- печи с двумя расходуемыми электродами.
Важным достоинством вакуумно-дугового переплава является возможность создания постоянных условий рафинирования. Это обеспечивается:
- постоянством температурного режима;
- постоянством давления в зоне обработки жидкого металла;
- постоянством условий охлаждения и кристаллизации металла.
С другой стороны невозможно регулировать распределение тепла между электродом и ванной. Условия устойчивости горения дуги ограничивают пределы увеличения вакуума и пределы напряжения на дуге, а условия кристаллизации подводимую мощность и производительность печи. Давление в печи поддерживают 1Па. Диаметр электродов в ДВП от 50 до 500 мм.
Рис. 9. Схематическое изображение плазменных печей: а — с керамическим тиглем; б — с водоохлаждаемым кристаллизатором
Плазменные печи можно разделить на два вида:
- с керамическим тиглем,
- с водоохлаждаемым кристаллизатором.
В плазменно-дуговых печах (ПДП или ДПП) источником тепла является газоразрядная плазма, имеющая температуру порядка 103-105К. Плазменные печи с керамическим тиглем подобны обычным ДСП, но отличаются более высокой производительностью и позволяют получать металл более высокого качества. Печи с водоохлаждаемым кристаллизатором используют для рафинировочного переплава, в результате которого свойства металла улучшаются благодаря дополнительной обработке активным газом и принудительной направленной кристаллизации в водоохлаждаемом кристаллизаторе.