ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ

Саратовский государственный технический университет

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ

ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС

Саратов, СГТУ 2015

ВВЕДЕНИЕ

Процессы электротехнологии.

Технология-это (греч) означает искусство, мастерство, учение. Это совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в процессе производства продукции.

Задача технологии как науки - выявление физических, химических, механических и других закономерностей с целью определения и применения на практике наиболее эффективных и экономичных процессов (производственных процессов).

В 1803 В.В. Петров расплавлял материалы с помощью дуги, но это не использовалось до 20 века из-за отсутствия мощных источников энергии.

Развитие электротехнологии началось во второй половине 20 века (электролиз, электротермическая обработка стали).

В 1901 году Ижевский создал первую электрическую печь для плавки цветных металлов. Лодыгин опубликовал много работ в области электрометаллургии, Штейнберг и Грамолин создали первую печь с угольным стержневым электродом для плавки стали. Телоний разработал теорию электрической цепи с дугой переменного тока. Максименко создал рудную электротермию, Володин стал создателем индукционной плавки и индукционной поверхностной закалки, Бенотоз и Славянов стали создателями электрической сварки.

Краткие определения

Электротермические процессы – это те процессы, в которых используется превращение электрической энергии в тепловую для плавления, термической обработки материалов и сплавов, для нагрева с целью спекания (порошковая металлургия) или последующей термической обработки (ковка, штамповка…).

Электросварочные процессы – это такие процессы, где электрическая энергия переходит в тепловую для создания и обеспечения неразъемного соединения, сплошности в месте соединения.

Электрофизические методы обработки – это такие методы, при которых для воздействия на материал используется превращение электрической энергии как в тепловую, так и в механическую (электроэрозионная обработка, электронно-лучевая, плазменная, ультразвуковая обработки).

Электрохимические методы обработки – это те методы обработки и получения материалов, при которых с помощью электрической энергии осуществляется не только разложение химических соединений, но и их разделение путем перемещения заряженных частиц в жидкой среде под действием электрического тока (электролиз, гальванотехника, анодное растворение металлов).

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ

Развитие сталеплавильного производства

В 1986 году мировое производство стали до 800 милл.т. в год, из них 118 милл.т. было выплавлено в России. Алюминия и меди мировое производство составляло 15-17 милл.т. в год соответственно.

Огромные масштабы сталеплавильного производства (СП) были обусловлены следующим:

- широкое распространение железных руд (в земной коре к тому моменту времени находилось 7,2% железа, 26% кремния, 13% алюминия;

- относительная легкость восстановления железа из руд;

- при выплавке стали присадка легированных компонентов и определенная термическая обработка возможна в широком диапазоне, придание особых физических и химических свойств (электротехнические, огнеупорные, нержавеющие…)

Со второго тысячелетия до нашей эры начало развиваться добывание стали.

В 1856 году Биссемеровым впервые был предложен тех.процесс выплавки стали. Биссемеровский процесс (конвекторный), который впервые позволил получить жидкую сталь из чугуна в течение очень короткого времени. Окисление чугуна осуществлялось в конвектотре, путем продувки жидкого чугуна воздухом. При этом тепло которое выделяется в процессе окисления достаточно для нагрева стали до 1600⁰С. При этот потери не велики и плавка осуществлялась за 10-20 минут.

В 1864 году Пьер-Мортен предложил использовать регенерацию тепла и построил печь, которая не только позволяла получить жидкую сталь, но и переплавлять стальной лом, при этом плавильная отражательная печь была снабжена системой регенерации, направленная на использование тепла отходящих при горении газов для подогрева воздуха и газообразного топлива.

Но этот способ плавки не способствовал удалению примесей фосфора и серы и только в 1879 году Томас положил начало основному процессу плавки, предложив футеровать печь доломитом (в таких печах – томасовский процесс выплавки).

В 1853 году была изготовлена первая электросталеплавильная печь, запатентованная Пешоном, который спроектировал печь косвенного действия.

В 1899 году Геру создал прототип современной электрической печи

Однако эти печи маломощны, так как работали на постоянном токе (напряжение – 45 В, ток – 2-3 кА)

Толчком для развития послужило открытие переменного тока, и основная в этом заслуга Долило-Добровольского, который является создателем трехфазного тока.

Первая трехфазная печь появилась в Донбассе в 1910, за тем в Германии, Швеции,… И только значительное изменение она получила в 60 ^х годах с повышением мощности трансформатора и производительность возросла в 2-4 раза

На рубеже веков в 1900 году в Швеции была построена первая индукционная печь.

Развитие атомной энергетики после ВОВ вызвало существенное улучшение вакуумной техники. Создание вакуумных насосов. В связи с этим в США было построено несколько вакуумных индукционных печей.

Потребность в металле высокой чистоты вызвало развитие вакуумно-дугового переплава (ВДП), в водоохлаждаемом кристаллизаторе.

В 1953 году в институте Патона был изобретен процесс электрошлакового переплава (ЭШП).

Общая характеристика электрических печей

Значение электрических печей в металлургии:

1. возможность получения высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и высоким содержанием легированных компонентов;

2. возможность использования электрической энергии для нагрева металла, что позволяет в небольшом объеме сконцентрировать большую мощность и нагревать металл с большой скоростью до температуры кипения;

3. в отличие от мартен и конвекторного способа электроплавка осуществляется в любой атмосфере и широком диапазоне давлений;

4. работа электрических печей легко поддается автоматизации;

5. электроэнергия дешевле, чем применение кокса.

Классификация электрических печей

В основу классификации положен признак превращения электрической энергии в тепловую энергию. Все электрические печи делятся на 4 ^е большие группы:

1-я группа Печи сопротивления

Принцип действия основан на том, что при прохождении тока по проводнику в нем выделяется тепло по закону Джоуля-Ленца Q=I^2*R*t (Дж). Подбирая значение I, R можно получить мощность достаточную для расплавления металла. Элементом сопротивления может служить специальный проводник – нагреватель (печь косвенного действия) или непосредственно прямого нагрева тела (печь прямого действия).

2-я группа Дуговые печи

Преобразование электрической энергии в тепловую энергию происходит в электрической дуге, являющейся одной из форм разряда в газах. При таком разряде в сравнительно небольшом объеме дуги можно сконцентрировать большие мощности и получить высокие температуры. При этом нагрев металла возможен непосредственно (печь Геру – прямого действия) или печи косвенного действия, когда дуга горит над расплавленным металлом (печь Пешона).

3-я группа Индукционные печи

Металл нагревают вихревыми токами, наводящимися переменным полем индуктора. По существу- это печи сопротивления, но отличаются способом передачи энергии нагрева металлу.

Электрическая энергия > Электромагнитная > Электрическая > Тепловая.

При индукционном нагреве тепло выделяется в самом обрабатываемом металле, поэтому использование тепла наиболее полное. С этой точки зрения - это наиболее совершенный тип печей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: