Плавлення металу та енергозбереження в різних типах плавильних печей

У сучасному світі велика частка металу, виплавленого з руди або вторинних відходів, виготовляється за допомогою плавильних печей, які використовують електричний струм у якості джерела енергії. Серед них можна виділити електричні дугові печі, які дозволяють переплавляти різноманітні леговані відходи, а також здійснювати плавку на вуглецевій шихті, яка потребує повного окиснення домішок. Піч прямої дуги передбачає, що електричний струм перетворюється у теплову енергію завдяки вогняній дузі, яка виникає у просторі між електродами та металом, що підлягає розплавленню. У наші дні дугова піч є цілком автоматизованою та високомеханізованою системою, у якій підготовка до чергового плавлення потребує мінімум часу.

На відміну від попереднього типу електропечей, однією з переваг індукційної плавильної печі є відсутність електричної дуги, завдяки чому є можливість виготовляти сплави з низкою часткою вуглецю, газів та інших домішок. Впровадження новітніх технологій у таких агрегатах допомагає організувати процес плавлення з дотриманням низки важливих умов, які необхідні для отримання високоякісного сплаву. До основних чинників, які зумовлюють цей процес, слід віднести високу температуру, можливість створювати у плавильному просторі індукційних печей кислу, нейтральну атмосферу або навіть здійснювати виплавку у середовищі, наближеному до вакууму.

Де зазвичай використовують плавильні печі, що працюють на електриці?

Обладнання такого типу встановлюють на ливарних підприємствах, на ділянках точного лиття та у ремонтних цехах.

Для ефективного функціонування дугової чи індукційної плавильної печі необхідна наявність трифазного електричного струму та спеціальних трансформаторів, які здатні перетворювати перемінний струм у прямий та забезпечувати відповідну його частоту.

Електрична індукційна піч призначена для відливу чавунних та сталевих сплавів найвищої якості. В ній також відбувається процес плавлення таких кольорових металів та сплавів як мідь, бронза, латунь та алюміній. Високий рівень температури створює можливість для обробки тугоплавких металів.

Одним з варіантів є використаннясонячних вогнів у якості джерела енергії для виплавки металу. Застосування сонячних печей для виробничих цілей може бути ефективним навіть у космічному просторі.

Принцип роботи електричних дугових печей

Електричні дугові печі працюють від трифазного електричного струму. Виплав металу в дуговій печі відбувається шляхом утворення електричної дуги між графітізированими електродами та шихтою, яку потрібно розплавити. Таке обладнання називають піччю прямої дуги. Існують також електричні дугові печі непрямої дії, у яких дуга знаходиться на деякій відстані від металу, що розігрівається.

Основним елементом таких плавильних печей є металевий кожух, внутрішні стіни котрого футеровані вогнетривким матеріалом. Для завантаження шихти до дугової печі використовується знімне зведення, яке необхідно підняти та відвести убік. Корпус має також відвідний отвір з жолобом, через який розплавлений метал виводиться у ківш. Для нахилу корпусу убік робочого вікна або відвідного отвору застосовується спеціальна люлька, яка має електричний або гідравлічний привід.

Електроенергія постачається від трансформаторів до корпусу дугової печі через мідні шини. Під час роботи використовуються вугільні або графітові електроди. Довжина дуги в печі регулюється автоматично. Витрачені електроди постійно замінюються новими. Процес плавлення відбувається в обмеженому просторі, стіни котрого обкладені футеровкою. Все більш розповсюдженою стає трифазова піч, у якій дуги виникають між трьома електродами та металом, що обробляється.

У якості одного з альтернативних джерел енергії для газових плавильних печей можна застосовувати новий різновид палива, який отримують шляхом підземноїгазифікації вугілля. Виробництво цього синтез-газу, вміст горючої фракції в якому складає більш ніж 90%, відбувається шляхом задування кисневої суміші у вугільні родовища, що не підлягають розробці звичайним шляхом.

Виплавка металу у дуговій печі

При виплавці того чи іншого металу в електричних дугових печах слід брати до уваги як фізичні, так і хімічні його властивості. Кожен метал має свою температуру переходу із твердого стану в рідкий, при якій починається безпосередньо процес плавлення. З метою його прискорення в електричних плавильних печах використовуються різні типи окисників.

Що зазвичай є основною складовою шихти під час виплавлення металу в дуговій печі?

Основу шихти складає сталевий брухт, до якого додають залізорудні окатиші.

Вторинне перероблення сталі в електричних дугових печах вимагає відповідної якості матеріалу. Брухт, який закладається до плавильних печей такого типу, повинен відповідати наступним характеристикам:

• мати мінімум домішок кольорових металів;
• бути не дуже окисленим, без іржі;
• містити не більш ніж 0,05% фосфору.

У наш час зростає частка використання в електричних дугових печах таких первинних продуктів переробки залізної руди як губчате залізо та металізовані окатиші.

На електриці можуть також функціонувати опалювальні та теплові печі, які можна використовувати для підтримання комфортної температури у власній оселі. Системи, що відтворюють відповідну вологу атмосферу у бані чи сауні, мають одночасно працювати як піч і кондиціонер.

Сучасні індукційні печі: особливості конструкції

Конструкція електричної індукційної печі передбачає наявність плавильні та так званих індукційних пічних одиниць. Катушка індуктора, завдяки якій здійснюється виплавка металу в індукційних печах, виготовляється з міді. Нахил корпусу регулюється за допомогою плунжерів, які працюють на гідравліці.

Розігрівання шихти в індукційних печах відбувається шляхом створення змінного магнітного потоку в індукційних пічних одиницях. При цьому вихрові струми викликають постійне переміщення рідкого металу всередині плавильні, що сприяє виникненню однорідної маси. Тиглі індукційних печей виготовляють з кислої чи основної футеровки відповідно до того, який метал у ньому збираються виплавляти.

Якою є головна перевага індукційної плавильної печі?

Завдяки відсутності електричної дуги в ній можна виготовляти сталь, яка буде містити мінімум вуглецю та газів.

Зазвичай робоча індукційна піч застосовується для виготовлення сталі та сплавів із легованих відходів. Ще один варіант передбачає використання чистого заліза та феросплавів. Крім того, електрична індукційна піч може бути використана для виплавки кольорових металів, наприклад, міді та алюмінію.

У приміщенні, де постійно функціонують плавильні печі, може бути доволі спекотно. Тому задля безпеки та комфорту персоналу, який обслуговує робочу індукційну піч, необхідним елементом єохолоджувач повітря. При цьому повинні функціонувати одночасно піч і кондиціонер.

Чинники, що впливають процес плавлення металу

Серед чинників, які мають вплив на процес плавлення того чи іншого металу, слід назвати температуру, тиск, наявність різноманітних домішок, шлаків та окисників. Індукційна плавильна піч застосовується для плавки як чорних (залізо та його сплави), так і кольорових (мідь, латунь, алюміній) металів. Можливість створення високої температури є сприятливою для виплавки тугоплавких металів. У дуговій печі виплавляють основну масу сталі. Таблиця дає можливість порівняти температури плавлення найбільш розповсюджених металів при атмосферному тиску.

Використання вакууму в електричних дугових та індукційних печах дозволяє виплавляти тугоплавкі метали та виготовляти спеціальні корозійностійкі та жароміцні сплави. Вакуумна дугова піч передбачає, що електрична дуга горить в умовах зниженого тиску, а температура дорівнює 3700 °С. Електричні дугові печі такого типу потребують постійно струму, який забезпечує стабільність горіння електродів. Це насамперед піч прямої дуги, у якій функцію катода виконує електрод, а шихта, що підлягає розплавленню, є анодом.

Виплавляння сталі в електричних дугових печах відбувається одним двох основних методів:

1. Використання легованих елементів та свіжої шихти з повним їх окисленням;
2. Процес плавлення легованих фрагментів без окисників або з добавкою газоподібного кисню.

При застосуванні другого методу передбачається нетривале задування кисневої суміші у плавильний простір печі.

Переваги використання індукційної плавильної печі

Індукційна плавильна піч дає можливість виготовляти сплави високої якості. До числа переваг агрегатів з індукційними пічними одиницями слід віднести:

• Плавка без електричної дуги з мінімальним вигоранням металу;
• Електродинамічну циркуляцію рідкого металу, яка сприяє отриманню однорідної маси;
• Невеликий розмір плавильних печей цього типу, завдяки чому можливо проводити плавку в закритій камері в умовах вакууму або з використанням інертного газу.

Котушки індукційних печей потребують охолодження, тому існує необхідність використовувати одночасно піч і кондиціонер. Подача холодної води здійснюється через гнучкий кабель.

Поряд з промисловим обладнанням електричний струм є джерелом енергії для опалювальних та теплових печей. Якщо ви вирішили обладнати собіневеликий парник, його також можна обігріти за допомогою електрики.