Электродуговая печь

Электродуговая печь (большой цилиндр) выпускается

Визуализация внешнего и внутреннего вида электродуговой печи.

Электродуговая печь ( ЭДП ) – это печь , в которой материал нагревается электрической дугой .

Промышленные дуговые печи имеют размеры от небольших установок емкостью около одной тонны (используемых на литейных заводах для производства чугунных изделий) до установок емкостью около 400 тонн, используемых для вторичной выплавки стали . Дуговые печи, используемые в исследовательских лабораториях и стоматологами, могут иметь емкость всего несколько десятков граммов. Температура промышленных электродуговых печей может достигать 1800 °C (3300 °F), а в лабораторных установках - превышать 3000 °C (5400 °F).

В электродуговых печах загружаемый материал (материал, вводимый в печь для нагрева, не путать с электрической шихтой ) подвергается непосредственному воздействию электрической дуги, и ток от выводов электрода проходит через заряженный материал.Дуговые печи отличаются от индукционных печей , в которых шихта нагревается вихревыми токами .

История

Печь Стассано выставлена ​​в Музее науки и техники Леонардо да Винчи , Милан.

В 19 веке некоторые люди использовали электрическую дугу для плавки железа . Сэр Хамфри Дэви провел экспериментальную демонстрацию в 1810 году; сварку исследовал Пепис в 1815 году; Пинчон попытался создать электротермическую печь в 1853 году; а в 1878–79 годах сэр Уильям Сименс получил патенты на электрические печи дугового типа.

Первая успешная и действующая печь была изобретена Джеймсом Бёрджесом Ридманом в Эдинбурге , Шотландия, в 1888 году и запатентована в 1889 году. Она предназначалась специально для создания фосфора .

Дальнейшие электродуговые печи были разработаны Полем Эру из Франции был открыт коммерческий завод. , а в 1907 году в США Братья Сандерсон основали компанию Sanderson Brothers Steel Co. в Сиракузах, штат Нью-Йорк, установив первую электродуговую печь в США. Эта печь сейчас выставлена ​​на Стейшн-сквер в Питтсбурге, Пенсильвания.

Схематическое поперечное сечение дуговой печи Эру. E — электрод (показан только один), поднимаемый и опускаемый реечным приводом R и S. Внутренняя часть облицована огнеупорным кирпичом H, а K обозначает нижнюю футеровку. Дверь в точке А обеспечивает доступ внутрь. Корпус печи опирается на коромысла, что позволяет наклонять его для выпуска воды.

Первоначально «электрическая сталь», производимая в электродуговой печи, была специальным продуктом для таких применений, как станки и пружинная сталь . Дуговые печи также использовались для приготовления карбида кальция для использования в карбидных лампах . Электропечь Стассано дугового типа представляет собой печь , которая для перемешивания ванны обычно вращается. Печь Жиро аналогична печи Эру .

Хотя ЭДП широко использовались во время Второй мировой войны для производства легированных сталей, только позже электросталеплавильное производство начало расширяться. Низкие капитальные затраты на мини-завод — около 140–200 долларов США на тонну годовой установленной мощности по сравнению с 1000 долларов США на тонну годовой установленной мощности интегрированного сталелитейного завода — позволили быстро создать заводы в разрушенной войной Европе. а также позволило им успешно конкурировать с крупными производителями стали в США , такими как Bethlehem Steel и US Steel , за недорогую из углеродистой стали «длинномерную продукцию» ( конструкционную сталь , стержни и стержни, проволоку и крепеж ) на рынке США. .

Когда Nucor — ныне один из крупнейших производителей стали в США — вышли на рынок сортового проката в 1969 году, в качестве сталеплавильной печи использовали мини-завод с ЭДП, вскоре за ним последовали и другие производители. В то время как Nucor быстро расширялась на востоке США, компании, которые последовали за ними и открыли мини-заводы, сконцентрировались на местных рынках сортового проката, где ЭДП позволяла заводам варьировать производство в соответствии с местным спросом. Эта модель наблюдалась во всем мире: производство стали из ЭДП в основном использовалось для производства сортового проката, в то время как интегрированные заводы, использующие доменные печи и конвертерные печи , монополизировали рынки «плоского проката» — листовой стали и более тяжелых стальных листов. В 1987 году Nucor вышла на рынок плоского проката, по-прежнему используя метод производства ЭДП.

Строительство

Схематическое сечение ЭДП. Три электрода (желтые), расплавленная ванна (золотая), сливное отверстие слева, подвижная крыша из огнеупорного кирпича, кирпичная оболочка и чашеобразный очаг, облицованный огнеупором.

Электродуговая печь, используемая для выплавки стали, состоит из резервуара с огнеупорной футеровкой, обычно с водяным охлаждением в больших размерах, покрытого раздвижной крышей, через который в печь входят один или несколько графитовых электродов. Печь в основном разделена на три секции:

• обечайка ; , состоящая из боковин и нижней стальной «чаши»
• очаг ; , состоящий из огнеупора, облицовывающего нижнюю чашу
• крыша , которая может быть облицована огнеупором или иметь водяное охлаждение и может иметь форму сечения сферы или усеченного конуса (коническое сечение). Крыша также поддерживает огнеупорную дельту в центре, через которую входят один или несколько графитовых электродов.

Под может иметь полусферическую форму, а в печи с эксцентриковым подом (см. ниже) под имеет форму половинки яйца. В современных плавильных цехах печь часто приподнимают над первым этажом, чтобы ковши и шлаковые котлы можно было легко разместить под любым концом печи. Отдельно от конструкции печи расположены опора электрода и электрическая система, а также наклонная платформа, на которой установлена ​​печь. Возможны две конфигурации: опоры для электродов и наклон крыши вместе с печью или закреплены на приподнятой платформе.

Снята крыша дуговой печи, видны три электрода.

Типичная печь переменного тока питается от трехфазного источника питания и, следовательно, имеет три электрода. Электроды имеют круглое сечение и обычно состоят из сегментов с резьбовыми соединениями, поэтому по мере износа электродов можно добавлять новые сегменты. Дуга образуется между заряженным материалом и электродом; заряд нагревается как за счет тока, проходящего через заряд, так и за счет лучистой энергии, выделяемой дугой. Температура электрической дуги достигает около 3000 °C (5400 °F), в результате чего во время работы нижние части электродов светятся раскаленным светом. Электроды автоматически поднимаются и опускаются с помощью системы позиционирования, в которой могут использоваться электрические лебедки или гидравлические цилиндры . Система регулирования поддерживает примерно постоянный ток и потребляемую мощность во время плавления шихты, даже несмотря на то, что лом может перемещаться под электродами во время плавления. Рукава мачты, удерживающие электроды, могут либо нести тяжелые шины трубы с водяным охлаждением, (которые могут представлять собой полые медные по которым ток поступает к зажимам электродов), либо представлять собой «горячие рукава», где ток проходит по всему плечу, что повышает эффективность. Горячие руки могут быть изготовлены из плакированной медью стали или алюминия . с водяным охлаждением Большие кабели соединяют шины или плечи с трансформатором, расположенным рядом с печью. Трансформатор установлен в хранилище и охлаждается трансформаторным маслом, циркулирующим насосом, при этом масло охлаждается водой через теплообменники.

Печь построена на наклонной платформе, чтобы жидкую сталь можно было переливать в другой сосуд для транспортировки. Операция наклона печи для заливки расплавленной стали называется «выпуском». Первоначально все сталеплавильные печи имели выпускное отверстие, закрытое огнеупором, который вымывался при наклоне печи, но часто современные печи имеют эксцентричную нижнюю летку (EBT), чтобы уменьшить попадание азота и шлака в жидкую сталь. Эти печи имеют летку, которая проходит вертикально через подин и кожух и расположена смещено от центра узкого «носа» яйцеобразного пода. он заполняется огнеупорным песком, например оливином Когда он закрыт, . Современные установки могут иметь два корпуса с одним набором электродов, которые можно перемещать между ними; один корпус предварительно нагревает лом, а другой используется для переплавки. Другие печи постоянного тока имеют аналогичное устройство, но имеют электроды для каждой оболочки и один комплект электроники.

Печи переменного тока обычно имеют узор из горячих и холодных пятен по периметру пода, причем холодные пятна расположены между электродами. Современные печи устанавливают кислородно-топливные горелки в боковой стенке и используют их для подачи химической энергии в холодные точки, что делает нагрев стали более равномерным. Дополнительная химическая энергия обеспечивается за счет введения в печь кислорода и углерода; исторически это делалось с помощью копий (полых из мягкой стали). трубок ) в шлаковой дверце, но сейчас это осуществляется в основном через настенные инжекторные установки, объединяющие кислородно-топливные горелки и системы впрыска кислорода или углерода в один блок.

Современная сталеплавильная печь среднего размера будет иметь трансформатор мощностью около 60 000 000 вольт-ампер (60 МВА), с вторичным напряжением от 400 до 900 вольт и вторичным током более 44 000 ампер. Ожидается, что в современном цехе такая печь будет производить 80 тонн жидкой стали примерно за 50 минут от загрузки холодного лома до выпуска печи. Для сравнения, кислородные печи могут иметь производительность 150–300 тонн на партию или «тепло» и производить тепло за 30–40 минут. Существуют огромные различия в деталях конструкции и работе печи в зависимости от конечного продукта и местных условий, а также от продолжающихся исследований по повышению эффективности печи. Самая крупная печь, работающая только на металлоломе (с точки зрения массы выпуска и мощности трансформатора), — это печь постоянного тока, которой управляет компания Tokyo Steel в Японии, с массой выпуска 420 тонн и питанием от восьми трансформаторов мощностью 32 МВА общей мощностью 256 МВА.

Плотность энергии

Для производства тонны стали в электродуговой печи требуется примерно 400 киловатт-часов (1,44 гигаджоуля ) на короткую тонну или около 440 кВтч (1,6 ГДж) на тонну . Теоретическое минимальное количество энергии, необходимое для плавления тонны стального лома, составляет 300 кВтч (1,09 ГДж) (температура плавления 1520 ° C (2768 ° F)). Таким образом, для плавления стали 300-тонной ЭДП мощностью 300 МВА потребуется примерно 132 МВтч энергии, а «время включения» (время, в течение которого сталь плавится дугой) составит примерно 37 минут.

Электродуговое производство стали экономично только там, где имеется обильное и надежное электричество и хорошо развитая электрическая сеть. Во многих местах заводы работают в непиковые часы, когда у коммунальных предприятий есть излишки электрогенерирующих мощностей и цена на электроэнергию ниже. Это очень выгодно отличается от потребления энергии в мировом производстве стали всеми методами, которое оценивается примерно в 5 555 кВтч (20 ГДж) на тонну. (1 гигаджоуль равен примерно 270 кВтч).

Операция

Пенящийся шлак выливается из шлаковой дверцы ЭДП, а рабочий проверяет температуру с помощью длинного зонда. Около 1976 г.

Дуговая печь выливает сталь в небольшой ковш. Трансформаторный свод можно увидеть в правой части снимка. Для масштаба обратите внимание на оператора, стоящего на платформе слева вверху. Это фотография 1941 года, поэтому на ней нет обширной системы сбора пыли, которая есть в современной установке, а оператор не носит каски или пылезащитной маски.

Дуговая печь постоянного тока во время включения (обратите внимание на один большой электрод)

Трансформатор питания и медные шины для дуговой печи

Металлолом сдается в приемный пункт, расположенный рядом с плавильным цехом. Лом обычно бывает двух основных сортов: лом ( белая техника , автомобили и другие предметы, изготовленные из аналогичной легкой стали) и тяжелый расплав (большие плиты и балки), а также некоторое количество железа прямого восстановления (DRI) или чугуна для химического баланса. В некоторых печах плавится почти 100% DRI.

Лом загружается в большие ведра, называемые корзинами, с дверцами-раскладушками в качестве основания. Необходимо укладывать лом в корзину слоями, чтобы обеспечить хорошую работу печи; тяжелый расплав укладывается поверх легкого слоя защитного лоскутка, поверх которого укладывается еще лоскуток. Эти слои должны присутствовать в печи после загрузки. После загрузки корзина может быть передана в подогреватель лома, который использует горячие отходящие газы печи для нагрева лома и рекуперации энергии, повышая эффективность установки.

Затем корзину для лома доставляют в плавильный цех, с печи снимают свод и загружают в печь лом из корзины. Загрузка является одной из наиболее опасных операций для операторов ЭДП. много потенциальной энергии Тонны падающего металла выделяют ; любой жидкий металл в печи часто вытесняется твердым ломом вверх и наружу, а жир и пыль на ломе воспламеняются, если печь горячая, что приводит к извержению огненного шара.

В некоторых двухкорпусных печах лом загружают во второй корпус во время плавки первого и предварительно нагревают отходящими газами из активного корпуса. Другими операциями являются непрерывная загрузка — предварительный нагрев лома на конвейерной ленте, который затем выгружает лом в саму печь, или загрузка лома из шахты, установленной над печью, с отходящими газами, направляемыми через шахту. В другие печи можно загружать горячий (расплавленный) металл, полученный на других операциях.

После загрузки свод откидывается над печью и начинается плавка. Электроды опускаются на лом, зажигается дуга, а затем электроды просверливают слой кусков в верхней части печи. Для этой первой части операции выбираются более низкие напряжения, чтобы защитить крышу и стены от чрезмерного нагрева и повреждения дугами. Как только электроды достигнут тяжелого расплава в основании печи и дуги будут защищены ломом, напряжение можно увеличить, а электроды слегка приподнять, удлиняя дуги и увеличивая мощность, подаваемую на расплав. Это позволяет быстрее образовывать ванну расплава, сокращая время между выпусками. Кислород вдувается в лом, сжигая или разрезая сталь, а дополнительное химическое тепло обеспечивается настенными кислородно-топливными горелками. Оба процесса ускоряют переплавку лома. Сверхзвуковые сопла позволяют струям кислорода проникать в пенящийся шлак и достигать жидкой ванны.

Важной частью производства стали является образование шлака , который плавает на поверхности расплавленной стали. Шлак обычно состоит из оксидов металлов и действует как место хранения окисленных примесей, как тепловая оболочка (препятствующая чрезмерным потерям тепла) и помогающая уменьшить эрозию огнеупорной футеровки . Для печей с основными огнеупорами, к которым относится большинство печей, производящих углеродистую сталь , обычными шлакообразователями являются оксид кальция (CaO, в виде жженой извести ) и оксид магния (MgO, в форме доломита и магнезита ).

Эти шлакообразователи либо загружаются вместе с ломом, либо выдуваются в печь во время плавки. Другим важным компонентом шлака ЭДП является оксид железа из стали, сгорающей с впрыскиваемым кислородом. Позже во время нагрева углерод (в форме кокса или угля ) впрыскивается в этот слой шлака, реагируя с оксидом железа с образованием металлического железа и газообразного угарного шлака газа, что затем вызывает вспенивание , обеспечивая больший термический КПД , и лучшая стабильность дуги и электрический КПД . Шлаковый слой также покрывает дуги, предотвращая повреждение свода и боковых стенок печи лучистым теплом.

После того как первоначальная загрузка лома расплавлена, в печь можно загрузить еще одно ведро лома, хотя разработка ЭДП движется в сторону одношихтовых конструкций. Процесс загрузки и расплавления лома можно повторять столько раз, сколько необходимо для достижения необходимой тепловой массы - количество загрузок зависит от плотности лома; лом меньшей плотности означает больше зарядов. После того, как все загрузки лома полностью расплавлены, проводятся операции по рафинированию для проверки и корректировки химического состава стали и перегрева расплава выше температуры замерзания для подготовки к выпуску.

Вводится больше шлакообразователей и в ванну вдувается больше кислорода, выжигая примеси, такие как кремний , сера , фосфор , алюминий , марганец и кальций , и удаляя их оксиды в шлак. Удаление углерода происходит после того, как эти элементы сгорели первыми, поскольку они имеют большее сродство к кислороду. Металлы, которые имеют более низкое сродство к кислороду, чем железо, такие как никель и медь , не могут быть удалены путем окисления , и их необходимо контролировать только с помощью химии лома, например, путем введения железа прямого восстановления и чугуна, упомянутого ранее.

Вспененный шлак сохраняется повсюду и часто переливается из печи и выливается через шлаковую дверцу в шлаковую яму. Отбор температурных и химических проб осуществляется с помощью автоматических фурм. Кислород и углерод могут быть автоматически измерены с помощью специальных зондов, которые погружаются в сталь, но для всех остальных элементов «холодный» образец — небольшой затвердевший образец стали — анализируется на дуговом эмиссионном спектрометре .

Как только температура и химический состав станут правильными, сталь выливают в предварительно нагретый ковш, наклоняя печь. В печах с простой углеродистой сталью, как только во время выпуска плавки обнаруживается шлак, печь быстро наклоняется назад в сторону удаления шлака, сводя к минимуму вынос шлака в ковш. Для некоторых специальных марок стали, включая нержавеющую сталь, шлак также заливают в ковш и обрабатывают в печи-ковше для извлечения ценных легирующих элементов. Во время выпуска металла в поток металла вводятся некоторые добавки сплава, а поверх ковша добавляется больше флюсов, таких как известь, чтобы начать образование нового слоя шлака.

Зачастую в печи оставляют несколько тонн жидкой стали и шлака, чтобы образовалась «горячая пята», способствующая предварительному нагреву следующей порции лома и ускорению ее плавления. Во время и после выпуска печи «разворачивают» печь: очищают шлаковую дверцу от затвердевшего шлака, осматривают видимые огнеупоры и водоохлаждаемые детали на герметичность, электроды проверяют на наличие повреждений или удлиняют за счет добавления новых сегментов. . По окончании выпуска летка заполняется песком. Для 90-тонной печи средней мощности весь процесс обычно занимает около 60–70 минут от выпуска одной плавки до выпуска следующей (время от выпуска до выпуска).

Печь регулярно полностью освобождают от стали и шлака, чтобы можно было провести осмотр огнеупоров и при необходимости провести более масштабный ремонт. Поскольку огнеупоры часто изготавливаются из обожженных карбонатов , они чрезвычайно восприимчивы к гидратации из-за воды, поэтому к любым предполагаемым утечкам из компонентов с водяным охлаждением относятся крайне серьезно, не считая непосредственной опасности возможных паровых взрывов . Чрезмерный износ огнеупора может привести к прорывам, при которых жидкий металл и шлак проникают в огнеупор и корпус печи и выходят в окружающие области.

Преимущества для сталеплавильного производства

Использование ЭДП позволяет производить сталь из 100% металлолома. Это значительно снижает затраты энергии, необходимые для производства стали, по сравнению с первичным производством стали из руд.

Еще одним преимуществом является гибкость: хотя доменные печи не могут существенно изменять производительность и могут работать годами, ЭДП можно быстро запускать и останавливать, что позволяет сталелитейному заводу варьировать производительность в соответствии с потребностями.

Хотя в сталеплавильных дуговых печах в качестве основного сырья обычно используется стальной лом, если экономически доступен чугун из доменной печи или железо прямого восстановления, их также можно использовать в качестве сырья для печи.

Поскольку ЭДП требуют большого количества электроэнергии, многие компании планируют свою деятельность так, чтобы воспользоваться ценами на электроэнергию в непиковые часы .

Типичная дуговая сталеплавильная печь является источником стали для мини-завода, который может производить прутки или полосовую продукцию. Мини-заводы могут быть расположены относительно близко к рынкам сбыта стальной продукции, поэтому требования к транспортировке будут меньше, чем для интегрированного завода, который обычно размещается рядом с гаванью для лучшего доступа к судоходству.

В зависимости от пропорций стального лома, прямого восстановления и чугуна, выплавка стали в электродуговых печах может привести к выбросам углекислого газа всего в 0,6 тонны CO ₂ на тонну произведенной стали. что значительно ниже, чем при традиционном производстве с использованием доменных печей и кислородно-конвертерной печи, которая производит 2,9 тонны CO2 на тонну произведенной стали.

Проблемы

Хотя современная электродуговая печь является высокоэффективным переработчиком стального лома , работа дугового цеха может иметь неблагоприятные последствия для окружающей среды. Большая часть капитальных затрат на новую установку будет направлена ​​на системы, предназначенные для уменьшения этих эффектов, которые включают:

• Корпуса для снижения высокого уровня шума
• Пылеуловитель отходящих газов печи
• шлаковое производство
• охлаждающей воде потребность в
• Движение тяжелых грузовиков для лома , погрузочно-разгрузочных работ и продукции
• Экологические последствия производства электроэнергии

Поскольку при производстве стали в ЭДП в основном используются переработанные материалы, такие как железный и стальной лом, поскольку их состав варьируется, образующийся шлак и пыль ЭДП могут быть токсичными. Пыль ЭДП собирается с помощью оборудования для контроля загрязнения воздуха. Это называется собранной пылью, и обычно она содержит тяжелые металлы, такие как цинк, свинец, диоксины и т. д. Она классифицируется как опасные промышленные отходы, и ее утилизация регулируется.

Из-за очень динамичного качества нагрузки дуговой печи энергосистемам могут потребоваться технические меры для поддержания качества электроэнергии для других потребителей; Мерцание и гармонические искажения являются распространенными побочными эффектами энергосистемы при работе дуговой печи.

Другие электродуговые печи

Визуализация печи-ковша, разновидности электродуговой печи, используемой для поддержания горячей расплавленной стали.

Для выплавки стали используются дуговые печи постоянного тока (DC) с одним электродом в своде и возвратом тока через проводящую футеровку днища или проводящие штыри в основании. Преимуществом постоянного тока является меньший расход электродов на тонну произведенной стали, поскольку используется только один электрод, а также меньшее количество электрических гармоник и других подобных проблем. Размер дуговых печей постоянного тока ограничен допустимой токовой нагрузкой имеющихся электродов и максимально допустимым напряжением. Техническое обслуживание пода проводящей печи является узким местом при длительной эксплуатации дуговой печи постоянного тока.

На сталелитейном заводе печь-ковш (КП) применяется для поддержания температуры жидкой стали в процессе переработки после выпуска из ЭДП или для изменения состава сплава. Ковш используется в первую очередь, когда на более позднем этапе процесса выплавки стали возникает задержка. Печь-ковш состоит из огнеупорного свода, системы нагрева и, при необходимости, устройства для подачи аргона в нижнюю часть расплава для перемешивания. В отличие от печи для плавки лома, печь-ковш не имеет механизма наклона и загрузки лома.

Электродуговые печи применяются также для производства карбида кальция , ферросплавов и других цветных сплавов , а также для производства фосфора . Печи для этих услуг физически отличаются от сталеплавильных печей и могут работать на непрерывной, а не периодической основе. В печах непрерывного действия также могут использоваться пастообразные электроды Содерберга , чтобы предотвратить перерывы в работе из-за замены электродов.

Такая печь известна как печь с погруженной дугой , поскольку кончики электродов погружены в шлак/шихту, и дуга возникает через шлак между штейном и электродом. Корпус и ребра корпуса электрода плавят электродную пасту за счет электрического тока, проходящего через корпус электрода, и тепла от печи. Для сравнения: дуговая печь для производства стали горит под открытым небом. Ключевым моментом является электрическое сопротивление , которое генерирует необходимое тепло: сопротивление в сталеплавильной печи — это атмосфера, а в печи с под флюсом сопротивление обеспечивает шлак (или шихта). Жидкий металл, образующийся в любой печи, слишком проводящий, чтобы образовывать эффективное сопротивление, выделяющее тепло.

Любители сконструировали различные дуговые печи, часто на основе комплектов для электродуговой сварки, содержащих кварцевые блоки или цветочные горшки. Несмотря на свою грубость, эти простые печи могут плавить широкий спектр материалов, создавать карбид кальция и многое другое.

Методы охлаждения

Система охлаждения без давления

Дуговые печи меньшего размера могут быть достаточно охлаждены за счет циркуляции воздуха над конструктивными элементами корпуса и крыши, но более крупные установки требуют интенсивного принудительного охлаждения для поддержания конструкции в безопасных рабочих пределах. Корпус печи и свод могут охлаждаться либо водой, циркулирующей по трубам, образующим панель, либо водой, распыляемой на элементы панели. Трубчатые панели можно заменять, когда они трескаются или достигают своего жизненного цикла термических напряжений.

Охлаждение распылением является наиболее экономичным и наиболее эффективным методом охлаждения. Оборудование распылительного охлаждения можно заменять практически бесконечно. Оборудование, срок службы которого составляет 20 лет, является нормой. Хотя трубчатая утечка в работающей печи сразу же заметна из-за сигналов тревоги о потере давления на панелях, в настоящее время не существует немедленного способа обнаружения утечки очень небольшого объема при распылительном охлаждении. Они обычно скрываются под слоем шлака и могут увлажнять огнеупор в горне, что приводит к вырыву расплавленного металла или, в худшем случае, к паровому взрыву.

Плазменная дуговая печь

В плазменно-дуговой печи (PAF) используются плазменные вместо графитовых электродов горелки. Каждая из этих горелок имеет корпус с соплом и осевой трубкой для подачи плазмообразующего газа (азота или аргона) и выгорающий цилиндрический графитовый электрод внутри трубки. Такие печи можно назвать печами плазменно-дуговой плавки (PAM); они широко используются в титановой промышленности и аналогичных специальных металлургических отраслях.

Вакуумно-дуговой переплав

Основная статья: Вакуумно-дуговой переплав

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) — это процесс вторичного переплава для вакуумного рафинирования и производства слитков с повышенной химической и механической однородностью.

В критически важных военных и коммерческих аэрокосмических приложениях инженеры-материалисты обычно выбирают стали VIM-VAR. VIM означает вакуумную индукционную плавку, а VAR означает вакуумно-дуговую переплавку. Стали ВИМ-ВАР используются в подшипниках для реактивных двигателей, валах несущего винта для военных вертолетов, приводах закрылков для истребителей, шестернях в трансмиссиях реактивных или вертолетных двигателей, креплениях или крепежных элементах для реактивных двигателей, хвостовых крюках реактивных двигателей и в других требовательных областях применения.

Большинство марок стали плавятся один раз, а затем отливаются или отливаются в твердую форму перед обширной ковкой или прокаткой до металлургически безопасной формы. Напротив, стали ВИМ-ВАР проходят еще две плавки высокой степени очистки под вакуумом. Стали, предназначенные для вакуумного переплава, после плавки в электродуговой печи и легирования в аппарате аргоно-кислородного обезуглероживания разливают в изложницы. Затвердевшие слитки затем направляются в вакуумную индукционную плавильную печь. Этот процесс вакуумного переплава избавляет сталь от включений и нежелательных газов, одновременно оптимизируя химический состав.

Операция ВИМ возвращает эти твердые слитки в расплавленное состояние в вакууме, свободном от загрязнений. Для этого строго контролируемого плавления часто требуется до 24 часов. Все еще окруженный вакуумом, горячий металл течет из тигля печи ВИМ в гигантские электродные формы. Типичный электрод имеет высоту около 15 футов (5 м) и бывает разного диаметра. Электроды затвердевают в вакууме.

Для сталей ВИМ-ВАР перед следующим вакуумным переплавом поверхность охлаждаемых электродов необходимо шлифовать для удаления неровностей и загрязнений. Затем заземлитель помещают в ВАР-печь. В печи ВАР сталь постепенно плавится по каплям в вакуумной камере. Вакуумно-дуговой переплав дополнительно удаляет оставшиеся включения, обеспечивая превосходную чистоту стали, и удаляет такие газы, как кислород, азот и водород. Контроль скорости образования и затвердевания этих капель обеспечивает постоянство химического состава и микроструктуры по всему слитку VIM-VAR, что делает сталь более устойчивой к разрушению и усталости. Этот процесс доработки необходим для обеспечения рабочих характеристик таких деталей, как вал несущего винта вертолета, привод закрылков военного самолета или подшипник реактивного двигателя.

Для некоторых коммерческих или военных применений стальные сплавы могут подвергаться только одной вакуумной переплавке, а именно VAR. Например, стали для твердотопливных корпусов ракет, шасси или торсионов боевых машин обычно требуют одного вакуумного переплава.

Вакуумно-дуговой переплав также используется при производстве титана и других металлов, которые являются химически активными или требуют высокой чистоты.

См. также

• Флодинский процесс
• Вакуумно-дуговой переплав
• Электротехническая сталь

Дальнейшее чтение

• Дж.Т. Джонс, Б. Боуман, П.А. Лефранк, «Сталеплавильное производство в электропечах», в книге «Изготовление, формование и обработка стали» , Р.Дж. Фрюхан, редактор. 1998, Фонд AISE Steel Foundation: Питтсбург. п. 525–660.
• Томас Коммерфорд Мартин и Стивен Лейди Коулз, История электричества , Нью-Йорк, 1919, без ISBN, глава 13 «Электрическая печь», доступно в Интернет-архиве.

Внешние ссылки

• Признание первого литейного завода историческим местом
• Самодельная небольшая дуговая печь с использованием сварочного аппарата (Осторожно с экспериментами!)
• Модуль «Электродуговая печь» на сайте Steeluniversity.org , включая полностью интерактивное моделирование.
• Модели процессов демонстрируют работу и управление ДСП (MPC)
• Видео на YouTube о небольшой ЭДП в Новой Зеландии