Электродуговая печь - Electric arc furnace

Электродуговая печь (большой цилиндр) выпускается
Визуализация экстерьера и интерьера дуговой электропечи.

An электродуговая печь (EAF) это печь который нагревает заряженный материал с помощью электрическая дуга.

Промышленные дуговые печи варьируются по размеру от небольших блоков примерно в одну тонна емкость (используется в литейные заводы для производства чугун продукции) до 400 тонн единиц, используемых для вторичного сталеплавильное производство. Дуговые печи, используемые в исследовательских лабораториях и дантисты может иметь емкость всего несколько десятков граммов. Температура в промышленных электродуговых печах может достигать 1800 ° C (3272 ° F), в то время как лабораторные блоки могут превышать 3000 ° C (5432 ° F).

Дуговые печи отличаются от индукционные печи в том, что загруженный материал подвергается прямому воздействию электрической дуги, и ток в выводах печи проходит через загруженный материал.

История

Печь Стассано выставлен на Museo della Scienza e della Tecnologia "Леонардо да Винчи", Милан

В 19 веке некоторые люди использовали электрическую дугу для плавления. утюг. сэр Хэмфри Дэви провел экспериментальную демонстрацию в 1810 г .; сварка была исследована Пепис в 1815 г .; Пинчон попытался создать электротермическую печь в 1853 году; а в 1878–1879 гг., сэр Уильям Сименс достал патенты для электропечей дугового типа.

Первую успешную и работающую печь изобрел Джеймс Берджесс Ридман в Эдинбург, Шотландия в 1888 году и запатентована в 1889 году. Это было специально для создания фосфор.[1][2]

Дальнейшие электродуговые печи были разработаны Поль Эру, из Франция, с коммерческим заводом, созданным в г. Соединенные Штаты в 1907 году. Братья Сандерсон основали компанию The Sanderson Brothers Steel Co. в Сиракузах, штат Нью-Йорк, и установили первую электродуговую печь в США. Эта печь сейчас выставлена ​​на Стейшн-сквер в Питтсбурге, штат Пенсильвания.[3]

Схематический разрез дуговой печи Heroult. E - электрод (показан только один), поднимаемый и опускаемый с помощью зубчатой ​​рейки R и S. Внутренняя часть облицована огнеупорным кирпичом H, а K обозначает нижнюю облицовку. Дверь в А позволяет попасть внутрь. Кожух печи опирается на коромысла, чтобы его можно было наклонять для нарезания резьбы.

Первоначально «электрическая сталь» была специальным продуктом для таких целей, как Станки и стальная пружина. Дуговые печи также использовались для приготовления карбид кальция для использования в карбидные лампы. В Электропечь Стассано тип дуги печь который обычно вращается, чтобы перемешать ванну. В Жирод печь похож на Печь Эру.

В то время как ЭДП широко использовались во время Второй мировой войны для производства легированных сталей, электросталеплавильное производство начало расширяться только позже. Низкие капитальные затраты на мини-мельница - около 140–200 долларов США за тонна годовой установленной мощности по сравнению с 1000 долларов США за тонну годовой установленной мощности для металлургический комбинат - позволили быстро создать заводы в разрушенной войной Европе, а также позволили им успешно конкурировать с крупными Соединенные Штаты производители стали, такие как Вифлеемская сталь и U.S. Steel, по низкой цене, углеродистая сталь «сортовой прокат» (конструкционная сталь, стержень и стержень, провод, и застежки ) на рынке США.

Когда Nucor —В настоящее время один из крупнейших производителей стали в США.[4]- решили выйти на рынок за сортовой прокат в В 1969 году они решили запустить мини-завод с ДСП в качестве сталеплавильной печи, за которым вскоре последовали другие производители. В то время как Nucor быстро расширялась в восточной части США, компании, которые последовали за ней и начали работу на мини-заводах, сосредоточились на местных рынках сортового проката, где использование ЭДП позволяло предприятиям варьировать производство в соответствии с местным спросом. Этой схеме также следовали во всем мире: производство стали в ЭДП в основном использовалось для производства сортового проката, в то время как интегрированные заводы использовали доменные печи и кислородные печи, загнали в угол рынки "плоского проката" -лист стали и более тяжелая стальная пластина. В 1987 году Nucor приняла решение выйти на рынок плоского проката, по-прежнему используя метод производства ЭДП.[5]

Строительство

Схематический разрез ДСП. Три электрода (желтый), ванны расплавленной металла (золота), выпускной желоб слева, огнеупорный кирпич подвижной крыши, кирпичная оболочка, и огнеупорной футеровкой чашеобразного очага.

Электродуговая печь, используемая для выплавки стали, состоит из огнеупорный сосуд с облицовкой, обычно с водяным охлаждением в больших размерах, покрытый выдвижной крышей и через который один или несколько графитовых электродов входят в печь.[6]В основном печь разделена на три секции:

  • то ракушка, состоящий из боковин и нижней стальной «чаши»;
  • то очаг, который состоит из огнеупора, покрывающего нижнюю чашу;
  • то крыша, который может иметь огнеупорную футеровку или водоохлаждаемый, а также может иметь форму секции сфера, или как усеченный (конический разрез). Крыша также поддерживает огнеупорную дельту в центре, через которую один или несколько графит электроды входят.

Очаг может быть полусферической формы или в печи с эксцентриковым подом (см. Ниже) очаг имеет форму разрезанного пополам яйца. В современных плавильных цехах печь часто поднимается над первым этажом, чтобы ковши а шлаковые котлы можно легко перемещать под любым концом печи. Отдельно от конструкции печи находится опора электродов и электрическая система, а также наклонная платформа, на которой стоит печь. Возможны две конфигурации: электродные опоры и откидная крыша с топкой, либо крепятся к приподнятой платформе.

Сводка дуговой печи снята, показаны три электрода.

Типичный переменный ток печь питается от трехфазное электроснабжение и поэтому имеет три электрода.[7] Электроды имеют круглое сечение и, как правило, сегменты с резьбовыми соединениями, так что по мере износа электродов можно добавлять новые сегменты. Между заряженным материалом и электродом образуется дуга, заряд нагревается как током, проходящим через заряд, так и излучательной энергией, выделяемой дугой. Температура электрической дуги достигает примерно 3000 ° C (5000 ° F), что приводит к тому, что нижние части электродов во время работы накаляются.[8] Электроды автоматически поднимаются и опускаются с помощью системы позиционирования, которая может использовать любой электрический лебедка подъемники или гидроцилиндры. Система регулирования поддерживает приблизительно постоянный ток и потребляемую мощность во время плавления шихты, даже несмотря на то, что лом может перемещаться под электродами во время плавления. Плечи мачты, удерживающие электроды, могут нести тяжелые шины (который может быть полым с водяным охлаждением медь трубы, пропускающие ток к электродным зажимам) или быть «горячими рукавами», когда весь рукав переносит ток, повышая эффективность. Горячие руки могут быть изготовлены из стали, плакированной медью или алюминий. Большой с водяным охлаждением кабели соедините трубки или кронштейны шины с трансформатор расположен рядом с топкой. Трансформатор установлен в хранилище и охлаждается трансформаторным маслом с насосной циркуляцией, при этом масло охлаждается водой через теплообменники. [6]

Печь построена на наклонной платформе, чтобы жидкую сталь можно было перелить в другую емкость для транспортировки. Операция наклона печи для разливки жидкой стали называется «выпуском». Первоначально все сталеплавильные печи имели выпускной желоб, закрытый огнеупором, который вымывался при наклоне печи, но часто современные печи имеют выпускное отверстие с эксцентриком на дне (EBT), чтобы уменьшить включение азот и шлак в жидкой стали. Эти печи имеют летку, которая проходит вертикально через под и кожух и расположена не по центру в узком «носу» овального очага. Он заполнен огнеупорным песком, например оливин, когда он закрыт. Современные установки могут иметь две оболочки с одним набором электродов, которые можно переносить между ними; одна оболочка предварительно нагревает лом, а другая используется для плавления. Другие печи на основе постоянного тока имеют аналогичное устройство, но имеют электроды для каждой оболочки и один комплект электроники.

В печах переменного тока обычно видны горячие и холодные точки по периметру пода, причем холодные точки расположены между электродами. Современные печи устанавливают кислородно-топливные горелки в боковые стенки и используют их для подачи химической энергии в холодные точки, делая нагрев стали более равномерным. Дополнительная химическая энергия обеспечивается введением кислорода и углерода в печь; исторически это делалось через копья (полые мягкая сталь трубы[9]) в шлаковой дверце, теперь это в основном осуществляется с помощью настенных блоков впрыска, которые объединяют кислородно-топливные горелки и системы впрыска кислорода или углерода в один блок.

Современная сталеплавильная печь среднего размера будет иметь трансформатор номинальная мощность около 60 000 000 вольт-ампер (60 МВА), при вторичном напряжении от 400 до 900 вольт и вторичном токе более 44 000 ампер. В современном цехе такая печь могла бы производить 80 метрических тонн жидкой стали примерно за 50 минут от загрузки холодного лома до выпуска из печи. В сравнении, кислородные печи может иметь производительность 150–300 тонн на партию, или «нагрев», и может производить тепло за 30–40 минут. Существуют огромные различия в деталях конструкции и эксплуатации печи в зависимости от конечного продукта и местных условий, а также текущих исследований по повышению эффективности печи. Самая большая печь для переработки только лома (с точки зрения веса выпуска и номинальной мощности трансформатора) - это печь постоянного тока, эксплуатируемая компанией Tokyo Steel в Японии, с весом выпускного отверстия 420 метрических тонн и питаемой от восьми трансформаторов 32 МВА для общей мощности 256 МВА.

Плотность энергии

Для производства тонны стали в дуговой электропечи требуется около 400 киловатт-часы (1,44 гигаджоулей) на короткая тонна или около 440 кВтч (1,6 Гигаджоулей) на метрическая тонна; теоретическое минимальное количество энергии, необходимое для плавления тонны стального лома, составляет 300 кВтч (1,09 гигаджоулей) (температура плавления 1520 ° C / 2768 ° F). Следовательно, 300-тонная ДСП мощностью 300 МВА потребует приблизительно 132 МВт-ч энергии для плавления стали, а «время включения» (время, в течение которого сталь плавится с помощью дуги) составляет примерно 37 минут. Электродуговое производство стали рентабельно только при наличии обильного и надежного электричества и хорошо развитой электросети. Во многих местах комбинаты работают в непиковые часы, когда у коммунальных предприятий есть избыточные генерирующие мощности, а цена на электроэнергию ниже. Это очень выгодно по сравнению с потреблением энергии в мировом производстве стали всеми методами, которое оценивается примерно в 20 Гигаджоулей на тонну. [10] (1 гигаджоуль составляет ~ 270 кВт / ч).

Операция

Дуговая печь разливает сталь в небольшую тележку-ковш. Хранилище трансформатора можно увидеть в правой части изображения. Что касается масштаба, обратите внимание на оператора, стоящего на платформе слева вверху. Это фотография 1941 года, поэтому на ней нет обширной системы пылеулавливания, которая была бы в современной установке, а также оператор не носит каску или респиратор.

Лом металл вывозится на лом, расположенный рядом с плавильным цехом. Обычно лом бывает двух основных сортов: измельченный (бытовая техника, автомобили и другие предметы из аналогичной легкоплавкой стали) и тяжелого расплава (большие плиты и балки), а также некоторые железо прямого восстановления (DRI) или чугун для химического баланса. Некоторые печи плавят почти 100% DRI.

Лом загружается в большие ведра, называемые корзинами, с дверцами типа «раскладушка» в качестве основания. Уложите лом в корзину, чтобы обеспечить хорошую работу печи; Тяжелый расплав кладется поверх легкого слоя защитного лоскута, поверх которого кладется еще лоскуток. Эти слои должны присутствовать в печи после загрузки. После загрузки корзина может перейти в подогреватель лома, который использует горячие отходящие газы для нагрева лома и рекуперации энергии, повышая эффективность установки.

Затем корзина для лома отправляется в плавильный цех, свод снимается с печи и в печь загружается лом из корзины. Зарядка - одна из самых опасных операций для операторов ДСП. Полно потенциальная энергия высвобождается тоннами падающего металла; любой жидкий металл в печи часто вытесняется твердым скрапом вверх и наружу, и смазывать и пыль на ломе воспламеняется, если печь горячая, что приводит к взрыву огненного шара. В некоторых двустенных печах лом загружается во вторую оболочку, в то время как первая расплавляется, и предварительно нагревается отходящим газом из активной оболочки. Другими операциями являются непрерывная загрузка - предварительный нагрев скрапа на конвейерной ленте, которая затем выгружает скрап в саму печь, или загрузка скрапа из шахты, установленной над печью, при этом отходящие газы направляются через шахту. В другие печи можно загружать горячий (расплавленный) металл от других операций.

После загрузки свод откидывается над печью, и начинается плавление. Электроды опускают на скрап, зажигают дугу, и электроды устанавливают так, чтобы они просверливали слой измельченного материала наверху печи. Для этой первой части операции выбираются более низкие напряжения, чтобы защитить крышу и стены от чрезмерного нагрева и повреждения от дуги. Когда электроды достигают тяжелого расплава у основания печи и дуги экранируются ломом, напряжение может быть увеличено, а электроды слегка приподняты, что удлиняет дуги и увеличивает мощность расплава. Это позволяет ванне расплава образовываться быстрее, сокращая время от выпуска к выпуску. Кислород выдувается в металлолом, сжигая или разрезая сталь, а дополнительное химическое тепло обеспечивается настенными кислородно-топливными горелками. Оба процесса ускоряют расплавление лома. Сверхзвуковые сопла позволяют струям кислорода проникать сквозь вспенивающийся шлак и достигать жидкой ванны.

Важной частью сталеплавильного производства является формирование шлак, который плавает на поверхности расплавленной стали. Шлак обычно состоит из металла оксиды, и действует как место назначения для окисленных примесей, как тепловое одеяло (останавливая чрезмерные потери тепла) и помогая уменьшить эрозию огнеупорный оболочка. Для печи с базовый огнеупоры, в том числе большинство углеродистая сталь -продувочные печи, обычные шлакообразователи оксид кальция (CaO в виде сгоревшего Лайм ) и оксид магния (MgO, в виде доломит и магнезит ). Эти шлакообразователи загружаются вместе с ломом или выдуваются в печь во время плавки. Еще одним важным компонентом шлака ДСП является оксид железа из стали, горящей с введенным кислородом. Позже в разгаре углерод (в виде кокс или же каменный уголь ) вводится в этот слой шлака, реагируя с оксидом железа с образованием металлического железа и монооксид углерода газ, который затем заставляет шлак мыло, позволяя больше тепловая эффективность, и лучшая стабильность дуги и электрический КПД. Покрытие из шлака также покрывает дуги, предотвращая повреждение свода и боковых стен печи из-за лучистого тепла.

После того, как начальная загрузка лома будет расплавлена, в печь можно загрузить еще одно ведро лома, хотя разработка ЭДП движется в сторону однозарядных конструкций. Процесс загрузки и плавления лома может повторяться столько раз, сколько необходимо для достижения требуемого теплового веса - количество загрузок зависит от плотности лома; Лом меньшей плотности означает больше зарядов. После того, как все загрузки лома полностью расплавлены, выполняются операции рафинирования для проверки и корректировки химического состава стали и перегрева расплава выше его температуры замерзания для подготовки к выпуску. Вводится больше шлакообразователей, и в ванну нагнетается больше кислорода, выжигая такие примеси, как кремний, сера, фосфор, алюминий, марганец, и кальций, и вывод их оксидов в шлак. Удаление углерод происходит после того, как эти элементы выгорят первыми, поскольку они имеют большее сродство к кислороду. Металлы, которые имеют более низкое сродство к кислороду, чем железо, такие как никель и медь, нельзя удалить через окисление и должны контролироваться только химическим составом лома, например, введением железа прямого восстановления и чугуна, упомянутого ранее. Вспенивающийся шлак сохраняется повсюду и часто переливается через печь, чтобы выливаться из шлаковой двери в шлаковую яму. Отбор проб по температуре и отбор химических проб производятся с помощью автоматических копий. Кислород и углерод могут быть автоматически измерены с помощью специальных датчиков, которые погружаются в сталь, но для всех других элементов «холодный» образец - небольшой затвердевший образец стали - анализируется с помощью дугового излучения. спектрометр.

Как только температура и химический состав будут правильными, сталь выгружается в предварительно нагретый ковш посредством наклона печи. В печах с простой углеродистой сталью, как только шлак обнаруживается во время выпуска, 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 заливается в ковш для обработки в печи-ковше для извлечения ценных легирующих элементов. Во время выпуска некоторые добавки сплава вводятся в поток металла, и больше флюсов, таких как известь, добавляются в верхнюю часть ковша, чтобы начать образование нового слоя шлака. Часто в печи остается несколько тонн жидкой стали и шлака, чтобы образовалась «горячая пятка», которая помогает предварительно нагреть следующую загрузку лома и ускорить его плавление. Во время и после выпуска печь «переворачивается»: дверца для шлака очищается от затвердевшего шлака, проверяются видимые огнеупоры и компоненты с водяным охлаждением на герметичность, а электроды проверяются на предмет повреждений или удлинения за счет добавления новых сегментов. ; по окончании врезки 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 отвода к выпуску).

Печь регулярно полностью опорожняется от стали и шлака, чтобы можно было провести осмотр огнеупоров и, при необходимости, более крупный ремонт. Поскольку огнеупоры часто делают из кальцинированный карбонаты, они чрезвычайно чувствительны к гидратации из воды, поэтому любые предполагаемые утечки из компонентов с водяным охлаждением рассматриваются чрезвычайно серьезно, помимо непосредственного беспокойства о потенциальных паровые взрывы. Чрезмерный износ огнеупора может привести к прорывам, когда жидкий металл и шлак проникают через огнеупор и кожух печи и уходят в окружающие области.

Преимущества для сталеплавильного производства

Использование ЭДП позволяет производить сталь из 100% исходного металлолома. Это значительно снижает затраты энергии на производство стали по сравнению с первичным производством стали из руды.

Еще одно преимущество - гибкость: пока доменные печи не могут сильно менять свое производство и могут оставаться в эксплуатации в течение многих лет, ЭДП можно быстро запускать и останавливать, что позволяет сталелитейному заводу варьировать производство в соответствии с потребностями.

Хотя в дуговых сталеплавильных печах в качестве основного сырья обычно используется стальной лом, если чугун из доменной печи или чугун прямого восстановления доступен с экономической точки зрения, его также можно использовать в качестве сырья для печи.

Поскольку для ЭДП требуется большое количество электроэнергии, многие компании планируют свои операции, чтобы воспользоваться преимуществами непиковой нагрузки. цены на электроэнергию.

Типичная дуговая печь для производства стали является источником стали для мини-завода, который может производить пруток или полосу. Мини-заводы могут располагаться относительно недалеко от рынков стальной продукции, поэтому требования к транспортировке меньше, чем для интегрированного завода, который обычно размещается рядом с гаванью для лучшего доступа к судоходству.

вопросы

Хотя современная дуговая печь является высокоэффективным переработчиком стали. лом, работа электродугового цеха может иметь неблагоприятные экологические последствия. Большая часть капитальных затрат на новую установку будет потрачена на системы, предназначенные для уменьшения этих эффектов, которые включают:

  • Корпуса для снижения высокого уровня шума
  • Пылесборник для отходящих газов печи
  • Производство шлаков
  • Потребность в охлаждающей воде
  • Перевозка тяжелых грузовиков для лома, погрузочно-разгрузочных работ и продукции
  • Экологические последствия производства электроэнергии

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

Электродуговые печи прочие

Рендеринг печи-ковша, разновидности электродуговой печи, используемой для поддержания жидкой стали в горячем состоянии.

Для сталеплавильного производства, постоянный ток Используются дуговые печи постоянного тока с одним электродом в своде и обратным током через проводящую футеровку днища или токопроводящие штыри в основании. Преимущество постоянного тока заключается в меньшем расходе электродов на тонну произведенной стали, поскольку используется только один электрод, а также в меньшем количестве электрических гармоник и других подобных проблем. Размер дуговых печей постоянного тока ограничен допустимой токовой нагрузкой имеющихся электродов и максимально допустимым напряжением. Техническое обслуживание пода токопроводящей печи является узким местом при длительной эксплуатации дуговой печи постоянного тока.

На сталеплавильном заводе печь-ковш (LF) используется для поддержания температуры жидкой стали во время обработки после выпуска из ДСП или для изменения состава сплава. Ковш используется в первую очередь, когда в процессе выплавки стали происходит задержка. Печь-ковш состоит из огнеупорного свода, отопительной системы, и, когда это применимо, положение для инжекции газа аргона в нижнюю часть расплава для перемешивания. В отличие от печи для плавки лома, печь-ковш не имеет механизма наклона или загрузки металлолома.[нужна цитата ]

Электродуговые печи также используются для производства карбид кальция, ферросплавы, и другие цветные металлы сплавы, и для производства фосфор. Печи для этих услуг физически отличаются от сталеплавильных печей и могут работать в непрерывном, а не в периодическом режиме. Печи непрерывного действия могут также использовать пастообразные, Электроды Сёдерберга чтобы предотвратить прерывания из-за замены электродов. Такая печь известна как печь с погруженной дугой, потому что концы электродов погружены в шлак / шихту, и дуга возникает через шлак между матовый и электрод. Для сравнения, дуговая печь для производства стали - это дуга на открытом воздухе. Ключ - это электрическое сопротивление, который генерирует необходимое тепло: сопротивление в сталеплавильной печи - это атмосфера, а в печь с флюсом, шлак (или заряд) обеспечивает сопротивление. Жидкий металл, образующийся в любой печи, слишком проводящий, чтобы создавать эффективное тепловыделительное сопротивление.

Любители сконструировали множество дуговых печей, часто на основе комплектов для электродуговой сварки, содержащихся в кварцевых блоках или цветочных горшках. Несмотря на то, что эти простые печи являются сырыми, они могут плавить широкий спектр материалов, создавать карбид кальция, и больше.

Способы охлаждения

Система охлаждения без давления

Небольшие дуговые печи можно адекватно охлаждать за счет циркуляции воздуха над конструктивными элементами кожуха и свода, но более крупные установки требуют интенсивного принудительного охлаждения для поддержания конструкции в безопасных рабочих пределах. Кожух и свод печи могут охлаждаться либо водой, циркулирующей по трубам, образующим панель, либо водой, распыляемой на элементы панели. Трубчатые панели можно заменить, когда они потрескались или достигли своего жизненного цикла термического напряжения. Распылительное охлаждение является наиболее экономичным и эффективным методом охлаждения. Оборудование для распылительного охлаждения можно заменять практически бесконечно; оборудование, которое прослужит 20 лет, является нормой. Однако, хотя трубчатая утечка сразу же обнаруживается в работающей печи из-за аварийных сигналов потери давления на панелях, в настоящее время не существует немедленного способа обнаружения утечки очень небольшого объема при охлаждении распылением. Обычно они прячутся за шлаковой оболочкой и могут гидратировать огнеупор в поде, что приводит к вырыву расплавленного металла или, в худшем случае, к паровому взрыву.[нужна цитата ]

Плазменная дуговая печь

Плазменно-дуговая печь (PAF) использует плазма горелки вместо графитовых электродов. Каждая из этих горелок имеет кожух с соплом и осевыми трубками для подачи плазмообразующего газа (азот или аргон) и выгорающий цилиндрический графитовый электрод внутри трубки. Такие печи можно назвать печами PAM (Plasma Arc Melt); они широко используются в промышленности по плавке титана и аналогичных отраслях специальной металлургии.[11]

Вакуумно-дуговый переплав

Основная статья: Вакуумно-дуговый переплав

Вакуумный дуговой переплав (VAR) - это вторичный процесс переплава для вакуумного рафинирования и производства слитков с улучшенной химической и механической однородностью.

В критических военных и коммерческих аэрокосмических приложениях инженеры по материалам обычно используют стали VIM-VAR. VIM означает вакуумно-индукционный переплав, а VAR - вакуумно-дуговый переплав. Стали VIM-VAR используются в качестве подшипников для реактивных двигателей, валов несущих винтов для военных вертолетов, приводов закрылков для истребителей, зубчатых передач в трансмиссиях реактивных или вертолетных двигателей, опор или креплений для реактивных двигателей, хвостовых крюков реактивных двигателей и других сложных приложений.

Большинство марок стали плавят один раз, а затем разливают или разливают в твердую форму перед обширной ковкой или прокаткой до металлургически приемлемой формы. Напротив, стали VIM-VAR проходят еще две плавки с высокой степенью очистки под вакуумом. После плавки в электродуговой печи и легирования в аппарате для обезуглероживания кислородом аргона стали, предназначенные для вакуумного переплава, разливают в изложницы. Затем затвердевшие слитки направляются в вакуумную индукционную плавильную печь. Этот процесс вакуумного переплава очищает сталь от включений и нежелательных газов, оптимизируя химический состав. Операция VIM возвращает эти твердые слитки в расплавленное состояние в вакууме, свободном от загрязнений. Для этого строго контролируемого плавления часто требуется до 24 часов. По-прежнему охваченный вакуумом, горячий металл течет из тигля печи VIM в гигантские формы для электродов. Типичный электрод имеет высоту около 15 футов (5 м) и может быть разного диаметра. Электроды затвердевают под вакуумом.

Для сталей VIM-VAR перед следующей вакуумной переплавкой поверхность охлаждаемых электродов должна быть отшлифована, чтобы удалить неровности поверхности и загрязнения. Затем заземляющий электрод помещается в печь VAR.В печи VAR сталь постепенно плавится по капле в герметичной камере. Вакуумно-дуговая переплавка дополнительно удаляет застарелые включения, обеспечивая превосходную чистоту стали и удаляя 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 или усталости. Этот процесс доработки необходим для соответствия эксплуатационным характеристикам таких деталей, как вал винта вертолета, привод закрылков военного реактивного самолета или подшипник реактивного двигателя.

Для некоторых коммерческих или военных применений стальные сплавы могут пройти только одну вакуумную переплавку, а именно VAR. Например, стали для корпусов твердотопливных ракет, шасси или торсионов для боевых машин обычно требуют одной вакуумной переплавки.

Вакуумно-дуговый переплав также используется в производстве титан и другие металлы, которые являются химически активными или требуют высокой чистоты.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Патент США 417943
  2. ^ История фосфора, Артур Той
  3. ^ ":: Crucible Industries :: Наша история". www.crucibleservice.com.
  4. ^ "Дома". worldsteel.org.
  5. ^ Престон, Р., Американская сталь. Avon Books, Нью-Йорк, 1991
  6. ^ а б Х. В. Бити (ред.), Стандартный справочник для инженеров-электриков, 11-е изд., Макгроу Хилл, Нью-Йорк 1978, ISBN  0-07-020974-X страницы 21.171-21.176
  7. ^ Бенуа Буле, Джино Лалли и Марк Эйерш, Моделирование и управление дуговой печью, дата обращения 24.05.2014.
  8. ^ «Решения для графитовых электродов от GrafTech». graftech.com.
  9. ^ «Поперечное сечение дуговой электропечи». Канди Инжиниринг. Получено 16 апреля 2016.
  10. ^ https://www.worldsteel.org/en/dam/jcr:66fed386-fd0b-485e-aa23-b8a5e7533435/Position_paper_climate_2018.pdf
  11. ^ "ПЛАЗМЕННАЯ ДУГОВАЯ ПЕЧЬ". www.thermopedia.com.

дальнейшее чтение

  • J.A.T. Джонс, Б. Боуман, П.А. Лефранк, «Электропечное сталеплавильное производство», г. Производство, формовка и обработка стали, Р.Дж. Фруэн, редактор. 1998 г., Фонд AISE Steel: Питтсбург. п. 525–660.
  • Томас Коммерфорд Мартин и Стивен Лейди Коулз, История электричества, Нью-Йорк, 1919, без ISBN, глава 13 «Электропечь», на сайте Интернет-архив

внешняя ссылка