книги из ГПНТБ / Иванько, В. Ф. Пультовщик сталеплавильной электропечи учеб. пособие

товых кирпичей, имеющих высокие физико-химические свойства. Применяют безобжиговыс магнезитохромитовые кирпичи в железных обоймах, которые после клад­ ки и температурного воздействия образуют сплошную монолитную футеровку.

Кроме рассмотренных огнеупорных материалов, при кладке и ремонте футеровки используют теплоизоляци­ онные материалы (асбестовый лист, легковесный шамот-

Рис. 8. Футеровка электропечи основными огнеупорными материалами:

электропечи с указанием теплоизоляционных и огне­ упорных слоев показано на рис. 8.

20

§ 4. ЭЛЕКТРОДЫ

Для подвода электрического тока в плавильное про­ странство дуговой сталеплавильной печи, в котором электрическая энергия превращается в тепловую вслед­ ствие горения электрических дуг, служат угольные или графитированные электроды. Угольные электроды обыч­ но применяют в электропечах небольшой емкости (мень­ ше 5 г), в больших печах используют преимущественно графитированные электроды, у которых удельное элект­ росопротивление примерно в пять раз меньше, чем у угольных. Это очень важно для снижения электрических потерь, особенно при больших величинах вторичных то­ ков. Графитированные электроды дороже угольных, но потери электроэнергии при их использовании в 4—5 раз меньше, расход графитированных электродов на 1 т стали меньше, при меньшем сечении графитированных электродов центр свода электропечи прочнее. Физиче­ ские свойства электродов приведены в табл. 1.

Электроды изготавливают в форме цилиндров стан­

соединения отдельных электродов с помощью ниппелей. У электродов большого диаметра ниппель с обоих тор­ цов выполняется коническим с расширением к середине ниппеля, в результате чего увеличивается его прочность на разрыв.

Электросопротивление электрода значительно боль­ ше, чем остальной части короткой сети, выполненной из меди, поэтому важно соблюдать следующие правила эксплуатации электродов.

Для уменьшения электрических потерь в контактном соединении электрода, а также для увеличения стойко­ сти электродов необходимо:

а) перед свертыванием электродов ниппельное гнез­ до продувать сжатым воздухом;

б) плотно свертывать электрод с заданным для каж­ дого диаметра усилием, рационально применяя специ­ альные станки или приспособления;

в) по рекомендации электродного завода использо­ вать при свертывании электродов специальную элект­ родную пасту, в которую входят графитовый порошок и каменноугольная смола.

21

У

Т а б л и ц а 1

Физические свойства электродов для дуговых печей

* Дл я электрода, диаметром 400 лш.

Очень важно принимать меры для уменьшения окис­ ления боковой поверхности электрѳдов, так как при окислении электродов увеличивается их расход и одно­ временно растет электросопротивление окислившегося электрода. Для этого следует не допускать выбивания пламени и газов через зазоры между электродом и элек­ тродным кольцом, применять совершенные охлаждаю­ щие электродные кольца. Дополнительным уплотнением в электродных кольцах служит шлаковая вата. Для уменьшения окисления болгарским инженером Вылчевым изобретено защитное покрытие [21].

В некоторых странах на дуговых электропечах при­ меняют полые электроды с небольшим отверстием в центре. При работе таких электродов меньше выдувает­ ся дуга из-под электрода, поэтому огнеупоры лучше за­ щищены от действия дуги. Было проведено сравнение работы сплошных и полых электродов на 30-т печи [9] . Наружный диаметр электродов одинаковый (450 мм), полый электрод имел отверстие внутри диаметром 95 мм. Были получены следующие результаты:

1) расход электроэнергии меньше на 2,27% при ра­ боте с полыми электродами;

2)при применении полых электродов расплавление ускорилось на 6,8%;

3)коэффициент мощности на полых электродах уве­ личился на 0,01;

4)расход электродов полых меньше на 2,2%.

22

Но исследования, выполненного на одной печи, не­ достаточно для установления окончательных рекомен­ даций.

§ 5. УСТРОЙСТВО ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Производство специальных сталей и сплавов весьма высокого качества для ядерной, космической, оборонной и других отраслей промышленности стало возможным благодаря созданию новых ме­ таллургических агрегатов — вакуумно-дуговых печей, а так­ же некоторых других печей, рассматриваемых ниже.

В вакуумно-дуговой печи сталь предохраняется от вред­ ного воздействия окружающей атмосферы. Вакуумные дуго­ вые печи не имеют огнеупор­ ной футеровки, поэтому пол­ ностью исключаются реакции расплавленных металла и шла­ ка с футеровкой печи. В ваку­ умно-дуговой печи производит­ ся переплав электростали. При этом переплав в вакууме и на­ правленная кристаллизация

и получить более плотный, чистый и однородный металл.

Наряду с получением высококачественных стаЛей важным назначением вакуумно-дуговых печей является производство высокореакционных металлов (титана, ниобия, молибдена, циркония, вольфрама). Эти металлы обладают способностью легко вступать в реакции с дру­ гими веществами, в частности интенсивно окисляться на воздухе при температуре 400—600° С.

В вакуумно-дуговой печи (см. рис. 9) можно выде­ лить следующие основные узлы и детали.

23

К рабочей камере печи / через патрубок 2 подклю­ чены вакуумные насосы, создающие вакуум в рабочей камере и связанных с ней кристаллизаторе и камере 3. Стенки рабочей камеры двойные и охлаждаются водой. Камера 3 имеет вид патрубка. В ней размещен подвиж­ ный шток 4 с держателем электрода 5. Электрод печи в представляет собой стальную штангу и служит пере­ плавным металлом для получения слитка в вакуумной печи, поэтому такой электрод называют расходуемым. По форме расходуемый электрод подобен слитку, отли­ ваемому в печи, но с меньшим сечением.

Кристаллизатор 7 охлаждается водой в полости 8 и служит изложницей, в которой формируется и охлаж­ дается слиток. Кристаллизатор крепится в нижней части рабочей камеры печи.

Контакт 9 служит для подключения подвижного токоподвода (для печей, работающих на постоянном то­ ке верхний токоподвод — отрицательный полюс), кон­ тактный зажим 10— для подключения токоподвода от положительного зажима. Уплотнение / / вакуумное, вы­ полняется из специальной резины; оно необходимо для обеспечения вакуума при движении штока — электрододержателя.

Для наблюдения за протеканием процессов имеются смотровые окна 12; их может быть два — три.

Существуют вакуумные дуговые печи, в которых уро­ вень жидкого металла неподвижен в верхней части кри­ сталлизатора, а поддон опускается вниз. Такие схемы печи называются с вытягиванием слитка. Эти печи слож­ нее и для выплавки стали распространения не получили.

Вакуумно-дуговые печи выполнялись также с нерасходуемым электродом, графитовым или вольфрамовым, но металл по чистоте получался хуже, чем с расходуе­ мыми электродами, поэтому распространены вакуумные дуговые печи с расходуемыми электродами.

При выплавке некоторых сортов стали на кристал­ лизаторах размещают соленоид, чтобы создать осевое магнитное поле для устойчивости горения дуги и желае­ мое движение металла при его плавлении и кристалли­ зации. Соленоид работает на постоянном токе.

Рассмотрим подробнее узлы вакуумной дуговой печи. Кристаллизатор состоит из внутренней гильзы, выпол­ ненной из красной меди или хромистой бронзы (эти ма-

24

териалы имеют высокую теплопроводность) по форме отливаемого слитка. Толщина гильзы в зависимости от применяемого материала и размеров слитка составляет 15—40 мм.

Наружная оболочка кристаллизатора служит для об­ разования полости, по которой протекает вода, охлаж­ дающая кристаллизатор. При применении соленоида наружную оболочку кристаллизатора выполняют из не­ магнитной стали. Ширину зазора охлаждения и давле­ ние воды рассчитывают так, чтобы температура выходя­ щей воды не превышала 40—45° С, что предохраняет гильзу от отложения на ней солей. Поддон кристалли­ затора также делают из меди или хромистой бронзы, но толщина стенки поддона составляет 30—80 мм в зави­ симости от материала. Поддон охлаждается водой.

Подвижной шток — электрододержатель должен за­ жимать электрод и подводить к нему ток, причем в за­ жиме находится огарок электрода, а сам расходуемый электрод приваривается к огарку перед плавкой. Шток состоит из нескольких коаксиальных труб, наружная труба токоведущая и выполняется из меди, а внутренние обеспечивают прочность и изготовляются из стали. Шток охлаждается водой, протекающей по полостям между коаксиально расположенными трубами. Рабочие скоро­ сти штока и электрода составляют несколько миллимет­ ров в минуту, а скорости для смены электрода и ликви­ дации аварийных замыканий — 1 м/мин и больше.

Перемещение штока осуществляют электродвигате­ лем с редуктором. Применяют также гидравлический привод. Любой привод управляется при рабочем про­ цессе с помощью системы автоматического регулирова­ ния, рассматриваемой в главе IV «Электрооборудование дуговых и электрошлаковых печей». Там же рассмат­ риваются источники питания вакуумно-дуговой печи электроэнергией.

Рабочая камера вакуумно-дуговой печи, кроме смот­ ровых окон, имеет люки для чистки камеры.

Для откачки воздуха из печи ВДП устанавливают специальные вакуумные насосы. Печи ВДП старой кон­

25

охлаждения кристаллизатора и присутствие расплавлен­ ного металла требуют соблюдения правил техники безо­ пасности и постоянного контроля за работой печи ВДП.

Печи ВДП имеют большую высоту, поэтому для об­ служивания узлов такой печи устанавливают специаль­ ные площадки.

Некоторые печи ВДП сконструированы так, что го­ ловка электрододержателя может обслуживать два кристаллизатора, в результате чего увеличивается про­ изводительность агрегата и улучшается обслуживание. По окончании процесса в одном кристаллизаторе его отключают, а головку переставляют на второй.

§ 6. УСТРОЙСТВО ПЕЧЕЙ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Новый прогрессивный способ получения высококаче­ ственного металла путем электрошлакового переплава разработан в Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР в 1952—1956 гг. Там же создан проект первой опытно-промышленной печи, которая была смон­ тирована на заводе «Днепроспецсталь», впервые осво­ ившем этот способ получения высококачественного ме­ талла. За разработку и внедрение в промышленность производства высококачественных сталей и сплавов спо­ собом электрошлакового переплава в 1963 г. присужде­ на Ленинская премия.

Оборудование печей электрошлакового переплава проще и дешевле, чем оборудование печей вакуумно-ду- гового переплава, главным образом за счет источников питания и отсутствия дорогостоящих и сложных вакуум­ ных насосов.

Следует также отметить большую безопасность про­ цесса электрошлакового переплава (ЭШП) по сравне­ нию с вакуумно-дуговым переплавом (ВДП), что под­ робно описывается в главе I I «Технологический процесс выплавки электростали».

Рассмотрим основные узлы и части конструкций и механического оборудования печи ЭШП типа Р-951, проект которой разработан в Институте электросварки в 1959 г. Такие печи работают у нас на заводах каче­ ственной металлургии и на некоторых заграничных за-

26

водах, купивших лицензию на производство сталей спо­ собом ЭШП (Франция).

На печах типа Р-951 можно выплавлять слитки круг­ лого, квадратного и прямоугольного сечений. Печи ра­

итележки подъема кристалли­ затора. Каретка 2 электродо­ держателя имеет две скорости перемещения: рабочую неболь­ шую и скорость быстрого пере­ мещения для смены электрода

идр.

снаружи полость для охлаждения водой. Поддон 7 кри­ сталлизатора охлаждается водой. Тележка 8 служит для выкатывания слитка: после подъема кристаллизатора те­ лежку со слитком выкатывают от печи, чтобы снять сли­ ток краном.

Питание 9 подключено к электрододержателю гиб­ ким кабелем от одного из выводов однофазного транс­ форматора, второй вывод соединен с поддоном.

На печах ЭШП более старой конструкции имеется механизм опускания поддона вместе со слитком в прия­

27

На кристаллизаторе и поддоне находятся штуцеры для подключения гибких шлангов с охлаждающей водой. Для подачи воды необходимого давления установлен центробежный насос.

При необходимости получения слябов на один крис­

плавляются три расходуемых электрода по схеме, приве­ денной на рис. 11.

В последнее время начали работать однофазные пе­ чи ОКБ-1065 для выплавки слитков квадратного сече­ ния (проект ВНИИЭТО). Крупнейшая в мире электро­ шлаковая печь типа ОКБ-1111 разработана ВНИИЭТО для производства слитков массой до 40 г, предназначен­ ных для поковок. Кристаллизатор такой печи имеет диаметр 1500 мм, а расходуемый электрод — 1200 мм.

Для большинства действующих печей отношение диаметров электрода и кристаллизатора находится в пределах 0,4—0,6 и для больших печей увеличивается до 0,8.

Контрольные вопросы к 1 главе

1.Какие механизмы имеются на дуговой электропечи и их на-1 значение?

2.Какое назначение имеет противовес электрододержателя?

3.Как правильно навертывать электрод?

28

4.Почему не допускается помещать стык электродов в зажиме электрододержателя?

5.Каковы преимущества пружинно-пневматических зажимов электродов перед обычными винтовыми?

6.Как должны быть расположены электрододержатели при на­ клоне печи для выпуска плавки и почему?

7. Назовите основные узлы и механизмы вакуумной дуговой печи?

8.Для какой цели на кристаллизаторе печи ВДП устанавливают соленоид?

9.Сравните основные узлы и механизмы печей ВДП и ЭШП. Устройство каких печей проще, дешевле и безопаснее в эксплуата­ ции?

10.Почему при охлаждении кристаллизаторов печей ВДП и ЭШП нельзя допускать высокую температуру отходящей воды?

11.Почему совершенно недопустима работа печей ВДП и ЭШП даже с самыми незначительными подтеканиями воды в системе ох­ лаждения?

Г л а в а 11

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ВЫПЛАВКИ ЭЛЕКТРОСТАЛИ

§ 1. ВЫПЛАВКА СТАЛИ

ВОСНОВНОЙ ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Кматериалам, применяемым для выплавки электро­ стали, относятся: стальной лом, чугун, отходы легиро­ ванных сталей, специальные легирующие материалы, шлакообразующие окислители, науглероживающие ма­ териалы и раскислители.

от химического состава разделяют на ряд групп, по ко­ торым организуется приемка этих материалов в специ­ альные бункера.

К легирующим металлам относятся: хром, молибден, ванадий, вольфрам, никель, титан и др. Присадки этих металлов позволяют получить высококачественные ста­ ли с особыми свойствами (нержавеющие, жаропрочные, немагнитные и т. д.).

29