Электротермические процессы и установки. Учебное пособие по теоретическому курсу. Учебное пособие по теоретическому курсу Под ред. В. Н. Тимофеева, Е. А. Головенко, Е. В
 Скачать 7.73 Mb.
|
|
5.3 Печи электрошлакового переплава Основное назначение печей электрошлакового переплава — производство слитков из высококачественных сталей: шарикоподшипниковых, конструкционных, нержавеющих, жаропрочных, теплостойких, валковых и др. [37] Слиток, полученный методом электрошлакового переплава (ЭШП), отличается от обычного слитка, отлитого в изложницу, отсутствием усадочной раковины, осевой пористости, осевой и внецентренной ликвации, чистотой по неметаллическим включениям и сниженной анизотропией механических свойств, лучшей деформируемостью. Возможно также применение ЭШП для улучшения качества цветных металлов — меди, титана и сплавов на их основе, а также ферросплавов и тугоплавких металлов, например молибдена. Рис. 5.8. Схема получения монолитных и многослойных плоских слитков Рис. 5.9. Схема получения монолитных колец и трубных заготовок большого диаметра. 351 1 – водоождаемый поддон; 2 — промежуточная емкость; 3— наплавляемый слиток; 4 — расплавляемая заготовка; 5— электронные пушки. 1 — наплавляемая трубная заготовка; 2 — водоохлаждаемый кристаллизатор; 3 — промежуточная емкость; 4 —расплавляемая заготовка; 5 —электронные пушки. Большое распространение получил ЭШП в производстве стальных слитков круглого и квадратного сечения массой до 5 т, являющихся заготовками для сортового проката. Этим методом получают также слитки прямоугольного сечения для листопрокатного производства. Метод ЭШП в последнее время находит применение для производства полых слитков, различного вида фасонных заготовок: коленчатых валов, корпусов арматуры, баллонов высокого давления и других изделий [12-4]. Крупнотоннажные слитки круглого сечения (свыше 5 т) используют для кузнечного передела при производстве ответственных поковок (валы турбогенераторов, валки прокатных станов и т. п.) [31]. Сущность ЭШП, впервые предложенного Институтом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР в 1952—1957 гг., заключается в следующем (рис. 5.10). Расходуемый электрод из переплавляемого металла погружается в слой электропроводящего флюса (шлака), размещенного в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе, к которому примыкает водоохлаждаемый поддон. Электрический ток, пропускаемый через электрод и шлак, поддерживает последний в расплавленном состоянии при 1600—2000° С. Часть тепла, выделяемого в шлаковой ванне, передается контактирующему с ней электроду, торец которого оплавляется. Капли металла, стекающие с торца электрода, проходят через слой шлака, очищаются в результате физико-химического взаимодействия с ним и формируются в водоохлаждаемом кристаллизаторе в виде слитка. 352 Рис. 5.10. Схема электрошлакового переплава. 1 — расходуемый электрод; 2 —шлаковая ванна; 3 —кристаллизатор; 4 - поддон; 6 — слиток; 6 — металлическая ванна; 7 -шлаковый гарнисаж. В процессе переплава в верхней части слитка на границе со шлаковой ванной образуется ванна жидкого металла, а на боковой поверхности слитка — тонкая корочка затвердевшего шлака (гарнисаж). К основным факторам, обусловливающим улучшение качества металла при ЭШП, относятся: 1. Обработка жидкого металла химически активными шлаками на оплавляемой поверхности электрода, в процессе прохождения капель через слой шлака и на поверхности раздела шлаковая ванна — слиток. 2. Последовательная направленная кристаллизация слитка в водоохлаждаемом кристаллизаторе. 3. Формирование слитка в шлаковом гарнисаже способствующем получению ровной гладкой поверхности слитка, не требующей дополнительной механической обработки. Масса выплавляемого слитка является основным параметром, положенным в основу размерного ряда печей ЭШП (ГОСТ 20552-75), включающего печи пов ЭШП-1,25, ЭШП-2,5, ЭШП-5, ЭШП-10, ЭШП-ЭШП- 40, ЭШП-60 и ЭШП-80. Число в обозначении типа обозначает массу выплавляемого слитка в тоннах (не более). Другим важным параметром является форма сечения слитка. При одинаковой массе слитка печи производства слитков круглого, квадратного и прямоугольного сечений, трубных заготовок и фасонных отливок имеют различные параметры и конструктивные решения. По количеству электродов, одновременно переплавляемых в один кристаллизатор, различают одно-, двух-, трех и многоэлектродные печи. Количество переплавляемых электродов и их сечение определяются условиями производства и электрической схемой переплава. При прочих равных условиях целесообразно стремиться к увеличению коэффициента заполнения кристаллизатора, представляющего собой отношение сечения переплавляемых электродов к сечению слитка, что позволяет уменьшить высоту печи. Коэффициент заполнения кристаллизатора для большинства промышленных печей составляет 0,2—0,64 и растет с увеличением массы слитка. 353 Одно- и двухэлектродные печи выполняются по однофазной схеме, а трех- и многоэлектродные — по трехфазной и трехфазной. Основные разновидности электрических схем ЭШП приведены на рис. 5.11. Наибольшее распространение получили однофазные одноэлектродные печи (рис. 5.11, а). Трехфазные печи (рис. 5.11, б) отличаются лучшими энергетическими показателями по сравнению с однофазными одноэлектродными, но обладают меньшим коэффициентом заполнения кристаллизатора, в результате чего увеличивается длина электродов и, следовательно, высота печи. Для получения слитков прямоугольного сечения предпочтительна двухэлектродная бифилярная печь (рис. 5.11, в). Преимуществом ее перед обычными однофазными являются более высокий (до 0,9) коэффициент мощности и меньший расход электроэнергии. Схема с последовательным подключением двух печей к одному трансформатору (рис. 5.11, г) позволяет выплавлять одновременно два слитка круглого или квадратного сечения. Она обеспечивает высокие технико-экономические показатели вследствие бифилярности электродов и короткой сети, сокращения протяженности токоведущих элементов и уменьшения потребной производственной площади. Рис. 5.11. Электрические схемы печей ЭШП. а- одноэлектродная однофазная; б — трехэлектродная трехфазная; в — двухэлектродная однофазная с бифилярным токоподводом; г —то же для получения двух слитков. 354 Существуют две модификации печей ЭШП. В соответствии с одной из них переплав осуществляется в неподвижном глухом кристаллизаторе. При другой схеме в процессе переплава осуществляется перемещение кристаллизатора относительно наплавляемого слитка или слитка относительно кристаллизатора. В отечественных конструкциях, как правило, применяется принцип перемещения кристаллизатора. Применение схемы ЭШП с коротким перемещающимся кристаллизатором облегчает задачу внешнего воздействия на шлаковую и металлическую ванны и слиток, в частности утепления донной части слитка для предотвращения трещин. В настоящее время в соответствии с размерным рядом разработана новая серия печей электрошлакового переплава: ЭШП-2,5ВГ (рис. 5.12); ЭШП-5ВГ; ЭШП-ЮГ и ЭШП-20ВГ. предназначенных для производства заготовок сортового и листового проката (табл. 5.1). Эти печи позволяют осуществлять переплав электродов как по обычной однофазной, так и по бифиляной схемам. Переплав производится в глухие неподвижные кристаллизаторы (индекс Г) или подвижные, перемещаемые в процессе плавки (индекс В). 0бщий вид печи ЭШП-10Г показан на рис. 5.13. Рис. 5.12. Однофазная печь ОКБ- 905. 1 — колонна; 2 — электрододержатель; 3 — Рис. 5.13. Трехфазная печь ОКБ-906. 1 — механизм перемещения электродов; 2 — траверса с электрододержателями; 3 — 355 кристаллизатор; 4 — поддон; 5 — механизм перемещения кристаллизатора; 6 —тележка для выкатывания слитка; 7 — механизм перемещения электрода. кристаллизатор; 4 – поддон; 5 — механизм перемещения кристаллизатора; 6 — тележка для выкатывания слитка; 7— токоподвод. Таблица 5.1 Основные параметры печей ЭШП для производства слитков Для производства крупных кузнечных слитков массой до 200 т предназначена многоэлектродная трехфазная печь ЭШП-150 (рис. 5.14) конструкции ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР и ПО «Сибэлектротерм». Печь оснащена коротким перемещающимся кристаллизатором, расширяющимся в верхней части. Благодаря этому коэффициент заполнения кристаллизатора может быть близок к единице, что исключает необходимость перемещения электродов в процессе плавки. На печи одновременно переплавляется шесть- семь электродов. Р ис. 5.14. Трехфа зная многоэ лектрод ная печь ЭШП-150. Параметр ЭШП-2.5ВГ ЭШП-5ВГ, ЭШП-ЮГ ЭШП-20ВГ Мощность источника питания печи, кВ-А Максимальный ток, А Максимальная высота слитка, мм 1600 21000 1800 2500 28000 2200 5000 50000 2700 356 1 — четырехколонный портал; 2 — неподвижная траверверса; 3 — съемная траверса; 4 — электрододержатели; 5 — подвижная траверса нижнем положении; 6 – кристаллизатор; 7 — привод перемещения подвижной траверсы; 8— приводные цепи; 9 — контргруз; 10 — звездочки-ленивцы; 11 – поддон; 12 — грузоподъемное устройство на крюке крана перемещения съемной траверсы; 13 — расходуемые электроды; 14 — система водоохлаждения; 15 — подвижнаяная траверса (верхнее - положение). 5.4 Бытовые электронагревательные приборы Преимущества электроприборов по сравнению с другими нагревательными приборами (газовыми, на твердом и жидком топливе) состоят в уменьшении доли тяжелого физического труда, значительном уменьшении затрат труда вообще в домашнем хозяйстве, ликвидации выделения вредных газов (СО, СО 2 ), обеспечении безопасности, в том числе пожаробезопасности, большой комфортности, сохранения чистого воздушного бассейна в городах и т.д. Экономическая эффективность комплексной электрификации быта определяется в большей мере также и возможностью сокращения количества необходимых вводов энергии в дома до одного-двух (электроэнергии; электроэнергии и горячего водоснабжения). Ввиду большой энергоемкости электроводонагревателей преимущественно выпускаются аккумуляционного типа. Они включаются («заряжаются») в часы «провала» графика нагрузки электросистем, а отдают горячую воду в остальное время суток. Бытовые электронагревательные приборы – обширный класс приборов, насчитывающий большое количество типов и типоразмеров. 357 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А. Энергетическая техника и ее развитие. М.: Высшая Школа, 1976. 304 с.: с ил. 2. Сарапулов Ф.Н. Введение в специальность «Электротехнологические установки и системы»: Учебное пособие. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1997. 92 с. 3. Электротехнологические промышленные установки: Учебник для вузов / И.П.Евтюкова, Л.С.Кацевич, Н.М.Некрасова, А.Д.Свенчанский; Под ред. А.Д.Свенчанского. М.: Энергоиздат, 1982. 4. Болотов А.В., Шепель Г.А. Электротехнологические установки: Учебник для вузов по специальности «Электроснабжение промпредприятий». М.: Высшая школа, 1988. 336 с.: ил. 5. Электротермическое оборудование: Справочник /Под общ. ред. А.П.Альтгаузена. М.: Энергия, 1980. 416 с. ил. 6. Кацевич Л.С. Теория теплопередачи и тепловые расчеты электрических печей: Учебник. М.: Энергия, 1977. 304 с.: ил. 7. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. Для инженеров и студентов вузов. Изд. 3-е исправ. М.: Наука, 1965. 848 с. ил. 8. Гущин С.Н., Агеев Н.Г., Крюченков Ю.В. Теоретические основы энерготехнологических процессов цветной металлургии: Учебник для вузов /Науч. ред. Ю.Г.Ярошенко. Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 2000. 312 с. ил. 9. Электротехнический справочник. Т. 3. Кн. 2. Изд. 5-е, исправ. и доп. /Под общ. ред. проф. В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А.Жукова и др.М.:Энергоиздат, 1982. 560 с. 10. Фомин Н.И., Затуловский Л.М. Электрические печи и установки индукционного нагрева. М.: Металлургия, 1979. 247 с. 11. Установки индукционного нагрева: Учебное пособие для вузов /А.Е.Слухоцкий, В.С.Немков, Н.А.Павлов, А.В.Бамунэр; Под ред А.Е.Слухоцкого. Л.: Энергоиздат, 1981. 328 с. 12. Альтгаузен А.П. Применение электронагрева и повышение его эффективности. М.: Энергоатомиздат, 1987. 128 с. 13. Основы металлургического производства. Учебник для средних профессиональных училищ. Изд-е 2-е, перераб. и доп. / В.К.Бабич, Н.Д.Лукашкин, А.С. Морозов и др. М.: Металлургия, 2000. 240 с. 14. Материаловедение и технология металлов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. Изд. 2-е, исправ. /М.Г.Фетисов, М.Г.Карпман, В.М.Митюнин и др. М.: Высшая школа, 2000. 638 с.: ил. 15. Основы теории теплогенерации: Учебник для вузов /М.Д.Казяев, С.Н.Гущин, В.И.Лобанов и др. Екатеринбург: УГТУ, 1999. 285 с. 358 16. Сасса В.С. Футеровка индукционных плавильных печей и миксеров. М.: Энергоатомиздат, 1983. 120 с.: ил. 17. Сасса В.С. Футеровка индукционных электропечей. М.: Металлургия, 1989. 231 с. 18. Электрические промышленные печи. Учебник для вузов. В 2-х частях. Ч.1. А.Д.Свенчанский. Электрические печи сопротивления. Изд. 2-е, перераб. М.: Энергия, 1975. 384 с. 19. Электрические печи сопротивления и дуговые печи: Учебник для техникумов /М.Б.Гутман, Л.С.Кацевич, М.С.Лейканд и др., Под ред. М.Б.Гутмана. М.: Энергоатомиздат, 1983. 360 с. 20. Общепромышленные электропечи непрерывного действия /А.В.Арендарчук, Н.М.Катель и др. М.: Энергия, 1977. 248 с. 21. Низкотемпературный электронагрев /А.П.Альтгаузен, М.Б.Гутман, С.А.Малышев и др.; Под общ. ред. А.Д.Свенчанского. изд. 2-е, перераб. И доп. М.: Энергия, 1978. 208 с. 22. Материалы для электротермических установок: Справочное пособие / Н.В.Большакова, К.С.Борисанова, В.И.Бурцев и др.; под ред. М.Б.Гутмана. М.: Энергоатомиздат. 1987. 296 с. 23. Арендарчук А.В., Бородачев А.С., Филиппов В.И. Общепромышленные электропечи периодического действия. М.: Энергоатомиздат, 1990. 112 с. 24. Липов В.Я., Ревзин В.А., Рубин Г.К. Конвейерные закалочно- отпускные электропечи и агрегаты. М.: Энергоатомздат, 1989. 144 с.: ил. 25. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и установки специального нагрева: Учебник для вузов /А.Д.Свенчанский, И.Т.Жердев, А.М.Кручинин и др.; Под ред. А.Д.Свенчанского. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергоиздат, 1981. 296 с. 26. Данцис Я.Б. Методы электрических расчетов руднотермических печей. Л.: Энергия, 1973. 184 с. 27. Короткие сети и электрические параметры дуговых электропечей. Изд. Справ. /Я.Б.Данцис, Л.С.Кацевич, Г.М.Жилов и др. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Металлургия, 1987. 320 с. 28. Зворыкин Д.Б., Александрова А.Т., Байкальцев Б.П. Отражательные печи инфракрасного нагрева. М.: Машиностроение, 1985. 176 с. 29. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи: Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Энергия, 1967. 416 с.: ил. 30. Фарбман С.А., Колобнев И.Ф. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. Изд. доп. и перераб. М.: Металлургия, 1968. 496 с. 31. Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справочник /А.П.Альтгаузен, И.М.Бершицкий, М.Я.Смелянский и др.; под ред. А.П.Альтгаузена, М.Д.Бершицкого, М.Я.Смелянского, В.М.Эдемского. М.: Энергия, 1978. 304 с. 359 32. Цыганов В.А. Плавка цветных металлов в индукционных печах. М.: Металлургия, 1974. 248 с. 360 33. Башенко В.В., Донской А.В., Соломахин И.М. Электроплавильные печи цветной металлургии. М.: Металлургия, 1971. 320 с. 34. Индукционные печи для плавки чугуна /Б.П.Платонов, А.Д.Акименко, С.М.Багуцкая и др. М.: Машиностроение, 1976. 176 с. 35. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1965. 848 с. 36. Промышленные цветные металлы и сплавы: Справочник. Изд. 3-е доп. и перераб. /А.П.Смирягин, Н.А.Смирягина, А.В.Белова. М.: Металлургия, 1974. 488 с. 37. Справочник по обработке цветных металлов и сплавов /Под ред. Л.Е.Миллера. М.: Государственное научно-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1961. 872 с. 38. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности: Учебно- справочное руководство. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Наука, 1988. 432 с. 39. Фарбман С.А., Колобнев И.Ф. Индукционные электропечи для плавки цветных металлов и сплавов. М.: ОНТИ, 1933. 40. Самохвалов Г.В., Черныш Г.И. Электрические печи черной металлургии. М.: Металлургия, 1984. 232 с. 41. Брокмайер К. Индукционные плавильные печи /Пер. с нем. под ред. М.А. Шевцова и М.Я.Столова М.: Энергия, 1972. 304 с. 42. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник /В.П.Берзан, Б.Ю.Геликман, М.Н.Гураевский и др.; Под ред. Г.С.Кучинского. М.: Энергоатомиздат, 1987. 656 с.: ил. 43. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов /И.П.Копылов, Ф.А.Горяинов, Б.К.Клоков и др.; Под ред. И.П.Копылова. М.: Энергия, 1980. 496 с. |