1236

сечением 1,5 X 1,5 м. Сюда же при помощи крана загружают анод­ ный скрап и другие твердые материалы. При работе печи горло­ вину закрывают футерованной заслонкой. Ниже уровня жидкой ванны в печи со стороны разливочной машины сделано отвер­ стие— летка — для выпуска меди. Диаметр отверстия составляет 60 мм.

Наклоняющаяся печь имеет следующие преимущества перед

обеспечивать маневренность в работе; резко сокращается процесс рафинирования черновой меди (до 8—12 ч); увеличивается срок службы футеровки, компактнее расположение оборудования.

§8. Электрические печи

Впоследние годы получила большое распространение электро­ плавка медных, никелевых и медно-никелевых руд и концентратов.

Применяемые в цветной металлургии электропечи по виду пре­ вращения электрической энергии в тепловую подразделяются на дуговые, индукционные и печи сопротивления.

Вдуговых печах электрическая энергия превращается в тепло­ вую в дуге. По способу нагрева дуговые печи можно разделить на печи прямого действия, печи косвенного действия и печи с за­ крытой дугой. В печи прямого действия электрическая дуга обра­ зуется между электродами и нагреваемым металлом. Металл на­

гревается дугой, непосредственно соприкасающейся с ним. Печи

электродами над металлом. Тепло передается последнему излуче­ нием. Эти печи применяют для получения металлического ко­ бальта и сплавов на медной основе.

В дуговых электрических печах с закрытой дугой дуга обра­ зуется под твердой шихтой в слое шлака. Шихта нагревается за счет джоулева тепла, получающегося при прохождении тока через слой шлака. Иначе говоря, при работе по этому способу в дуго­ вых электрических печах тепло образуется при прохождении электрического тока через ванну жидкого расплавленного шлака. Нагретый шлак передает тепло шихте, загружаемой в шлаковую ванну печи, и расплавляет ее. Эти печи принято называть рудно­ термическими. По данному способу работают электропечи, плавя­ щие рудную шихту в медной и никелевой промышленности.

Виндукционных печах металл нагревается токами, создавае­ мыми в нем электромагнитной индукцией.

Впечах сопротивления источником тепла являются нагрева­

тельные элементы в виде спирали или полос. Они нагреваются при прохождении по ним электрического тока, а затем отдают тепло металлу по законам теплопередачи излучением и конвек­ цией.

Из новых методов плавки в настоящее время следует отметить

определенные преимущества перед отражательной плавкой: повы­ шенное извлечение цветных металлов, сокращение пылевыноса

Рис. 23. Руднотермическая электропечь для наплавки медно-никелевых руд и концентратов:

в .6—10 раз, меньший расход флюсов и меньшее количество по­ лучаемых шлаков. Для электроплавки руд и концентратов цвет­ ных металлов применяют преимущественно прямоугольные итрех- и шестиэлектродные руднотермические печи. Электроды в них рас­ положены вдоль длинной оси печи. Эти печи — закрытого типа с арочным сводом. На отечественных заводах мощные электро­ печи строят шестиэлектродными.

Шестиэлектродная руднотермическая печь для плавки медно­ никелевых руд и концентратов показана на рис. 23. Она мало от­ личается от печей, применяемых для плавки окисленных никеле­ вых руд и медных концентратов. Ниже приведены основные кон­

структивные и электрические характеристики печей разных за­ водов:

В н утр ен н и е р а зм ер ы р а б о ч ег о п р о ст ­ р ан ств а, м:

Фундамент электропечи в отличие от компактных фундаментов

отражательной печи обычно делают столбчатым либо ленточным, железобетонным. Это дает возможность свободно наблюдать за состоянием пода и обеспечивать его надлежащее воздушное охлаждение. На фундамент укладывают (см. рис. 23) двутавро­ вые балки, а затем лещадные стальные плиты, на которых в виде обратного свода изготавливают железобетонное основание и по­ дину печи. Продольные и торцевые стены печи опираются на по­ дину. Стены в области расплава выполняют из магнезитового или хромомагнезитового огнеупора, верхнюю часть стен выше воз­ можного уровня расплава выкладывают из шамотного огнеупора.

В последние годы для увеличения компании печи стали при­ менять охлаждение стен электропечи в шлаковом поясе с помощью

350 мм, так как температура подсводового пространства не пре­ вышает 400—600 °С. В своде вдоль продольной оси печи имеются три или шесть отверстий для электродов, отверстия для загру­ зочных шихтовых течек, для отвода газов и заливки конвертер­ ного шлака. Крепление электропечи состоит из кожуха, охваты­ вающего стены и подину, и вертикальных колонн из двутавровых балок. Колонны противоположных продольных стенок стянуты верхними и нижними тягами.

Для выпуска штейна (ферроникеля) в торцовой части электро­ печи делают три или четыре шпуровых отверстия. Вследствие большого перегрева штейна (ферроникеля) в электропечах выпуск его из отверстий обычной конструкции опасен, так как штейн (фер­ роникель) разъедает шпуровое отверстие и его невозможно за­ крыть. Поэтому в выпускное отверстие вставляют втулку из хро­ момагнезита или графита с внутренним диаметром до 50 мм. Устройство для выпуска штейна показано на рис. 24.

В отличие от отражательных печей в электропечах отверстия для выпуска шлака делают шпуровыми, т. е. располагают ниже поверхности ванны. Шпуровой выпуск шлака является преиму­ ществом электроплавки, так как он предотвращает унос струей шлака частичек шихты. Шлак выпускают непрерывно через водо­

охлаждаемую медную втулку, расположенную в торце печи на расстоянии 1350—1750 мм от подины. Глубина ванны шлака до­

температура штейна 1200—1300 °С.

Производительность — важнейший показатель электропечи — определяется по проплаву шихты в сутки на 1 м2 площади пода печи. Проплав в настоящее время кол.еблется от 5 до 13 т в сутки на 1 м2 площади пода печи. Производительность руднотермиче­ ских печей различной мощности принято сравнивать по величине суточного проплава, который приходится на каждые 1000 кВ-А

Рис. 24. Устройство для выпуска штейна:

рабочей мощности печных трансформаторов. Так, при суточном проплаве 900 т и мощности печных трансформаторов 30 тыс. кВ-А проплав на 1000 кВ-А составит (900 :30000) X 1000 = 30 т на 1000 кВ-А/сут.

Производительность печи зависит от способа подготовки шихты к плавке. Плавка подсушенной шихты или агломерата обеспечи­ вает большую производительность электропечи, чем плавка не­ подготовленного сырья (30—45 т на 1000 кВ-А/сут).

Кроме удельного проплава при плавке руд и концентратов в электропечах, большое значение имеет расход электроэнергии. На 1 т твердой шихты расход электроэнергии колеблется в пре­ делах 550—700 кВт-ч. Так, при проплаве за смену 300 т шихты расходуется 192000 кВт-ч электроэнергии. Удельный расход элект­

напряжением 220—1000 В поступает к первичной обмотке сталь­ ного сердечника (катушки), создает вокруг этой катушки пере­ менный магнитный поток, который в свою очередь наводит в ме­ талле канала печи (вторичной обмотке) индукционный ток, не­ обходимый для плавления шихты. Основная масса металла, рас­ положенная в шахте печи, плавится благодаря циркуляции пере­ гретого металла из канала в шахту печи.

Для образования закрытого канала применяют огнеупорную футеровку. Футеровку канала обычно набивают по металличе­ скому шаблону с последующим обжигом и спеканием непосредст­ венно в печи. Шаблон канала чаще всего делается литым из сплава, который должны плавить в печи. Стальной сердечник отделен от футеровки канала^ изолированным кольцом. После каждой раз­ ливки в канале печи для замыкания вторичной цепи оставляют 25 % расплавленного металла от емкости печи.

Шахта печи, где сосредоточена основная масса металла (сплава), заключена в стальной кожух, футерованный огнеупо­ рами. На боковой поверхности кожуха печи имеется отверстие с леткой для разливки металла. В настоящее время в цехах цвет­ ного литья успешно эксплуатируют индукционные канальные печи со стальным сердечником типа ИЛО емкостью 0,75—15 т для плавки латуней и меди и типа ИА емкостью 0,5—6 т для плавки алюминия и его сплавов.

Индукционная печь без стального сердечника представляет со­ бой катушку с первичной обмоткой (индуктором), внутри которой находится тигель с металлом. Через первичную обмотку про­ пускается переменный ток, создающий переменное магнитное поле, которое проходит через металл, находящийся в тигле. Маг­ нитное поле создает в металлической шихте токи, вследствие чего выделяется тепло, необходимое для плавления. Первичная об­ мотка печи выполнена из полого медного проводника (спирали), охлаждаемого водой.

Индукционные печи без стального сердечника выполняются обычно в виде наклоняющегося тигля и называются тигельными индукционными печами. Работают эти печи под высоким напря­ жением и применяются для плавки алюминия, магния и их спла­ вов. В индукционных печах создаются более благоприятные усло­ вия для получения чистых металлов вследствие отсутствия таких источников загрязнения, как электроды.

В современных литейных цехах для получения слитков из плавильных печей металл сливают в приемник, называемый мик­ сером. Он служит промежуточной емкостью между плавильной печыо и машиной непрерывного литья. С печыо миксер соединен закрытым каналом и вплотную примыкает к кристаллизатору ма­ шины непрерывного литья. Миксеры делают индукционными со стальными сердечниками емкостью 5 т и более. Металл в мик­ сере усредняют по химическому составу, нагревают до темпера­ туры разливки (литья) и через раздаточную коробку подают в кристаллизатор машины.

Электрические тигельные печи сопротивления. Электрические тигельные печи сопротивления применяют в небольших литейных цехах для плавки сплавов алюминия, магния и цинка. Тигельная печь (рис. 27) состоит из цилиндрического металлического ко­ жуха, футерованного огнеупорными изделиями, и съемного кол­ пака для удаления газов. На кожух и кладку печи уложены ме­ таллические кольца, на которых покоится чугунный тигель. Сплавы готовят в чугунном или графитошамотном тигле, установленном

в рабочем пространстве печи. Металл в тигле нагревается до 850—1000 °С с помощью электрических нихромовых спиральных на­

гревателей, уложенных на выступы шамотной футеровки. Концы нагревателей выведены в защитную коробку тигля и соединены с источником тока. Для измерения температуры металла вмонти­

рована термопара.

Дуговые вакуумные электропечи и печи шлакового переплава.

В цветной металлургии для плавления тугоплавких металлов (ти­ тан, молибден, вольфрам, цирконий и др.) и сплавов на их основе используют дуговые вакуумные печи (ДВП), предохраняющие металл от загрязнения газами воздуха. Кроме того, ДВП обеспе­

чивает высокую температуру и дополнительную очистку металла от летучих примесей и газов. Материал тигля (изложницы) также может загрязнять металл, поэтому плавку ведут в медном тигле (изложнице), стенки которого охлаждают гелием или водой при помощи змеевика. Благодаря интенсивному охлаждению тигля на

нято называть гарнисажными. На рис. 28 показана одна из дуго­ вых вакуумных гарнисажных печей для плавки титана.

Для слива металла в изложницу тигель делают наклоняю­ щимся. Плавильный тигель диаметром 900 мм и высотой 530 мм из меди вмещает 1050 кг титана, до 80 % которого может нахо­ диться в расплавленном состоянии. Для плавки шихты используют нерасходуемые вольфрамовые электроды. Плавку ведут в среде аргона. После расплавления создают вакуум и откачивают воз­ дух из плавильного пространства печи до остаточного давления 6,66 Па. От этого жидкий металл начинает бурлить, из него вы­ ходят вредные газы и всплывают примеси. Поскольку вольфрамо­ вые электроды в вакууме склонны к разрушению, их в этот пе­ риод отключают и продолжают плавку, пользуясь расходуемым титановым электродом (титановый электрод сам плавится и по­ этому называется расходуемым). Большой объем ванны позво­ ляет в вакуумной дуговой печи плавить кусковую или брикетиро­ ванную титановую губку и отходы и получать титан высокой чистоты.§

§ 9. Электронно-лучевые и плазменные печи

За последнее время для получения тугоплавких металлов и спла­ вов на основе вольфрама и молибдена высокой степени чистоты в металлургии стали применять метод электронно-лучевого пере­ плава (ЭЛП). Современное состояние вакуумной металлургии позволяет выдерживать металл в глубоком вакууме (<133,3 X X Ю~4 Па), металл при этом избавляется от многих летучих при­ месей. Принцип электронно-лучевой плавки состоит в том, что пу­ чок электронов бомбардирует шихту (сплав), которая расплав­ ляется и поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор.

На рис. 29 показана схема электронно-лучевой печи. Источ­ ником свободных электронов обычно служит вольфрамовая про­ волока (пластина), называемая катодом. Нагретая в глубоком ва­ кууме до высокой температуры, она испускает поток электронов. Электроны разгоняются высоким напряжением (10—30 кВ), при­ ложенным к электродам. Поток электронов, проникая через от­ верстие заземленного анода, концентрируется в пучок (луч) электромагнитной катушкой и направляется на конец заготовки из шихты (сплава). Такое устройство для получения потока электро­ нов и собирания его в луч и выведения потока в плавильное про-