Електродугова́ піч або дугова́ піч () — промислова електрична піч, де метали або інші матеріали плавлять теплом електричної дуги«Дугова піч» // .

Історія

Відкриття електричної дуги 1802 року В. Петров спостерігав електричну дугу між 2-ма вугільними електродами, приєднаними до джерела струму. Він називав її «амперовим вогнем». Далі він замінив 1 вугільний електрод металевим і спостерігав його розплавлення при появі дуги. Він також провів відновлення невеликої кількості заліза з руди в суміші з вугіллям при нагріванні дугою. Ці досліди стали підставою приписати йому у радянській історілграфії те, що він показав можливість виплавки металів з застосуванням електричної дуги. М. А. Шателен стверджував, що «досліди Петрова можуть вважатися дослідженнями, які започаткували сучасну електрометалургію в дугових печах». Шателен М. А. Русские электротехники второй половины XIX века. — М.-Л.: Изд. и тип. Госэнергоиздата в Москве, 1949. — 380 с. — С. 49. Праця В. Петрова на цю тему «Вісті про гальвані-вольтівські досліди», видана у 1803 році, була забута навіть у самій Росії і знову виявлена лише у 1880-х роках. У 1808—1809 роках дуговий електричний розряд між двома електродами спостерігав Гамфрі Деві. Довгий час електрична дуга не мала практичного застосування. У 1880-х її використовували для освітлення вулиць у дугових лампах.

Винайдення дугової печі Пінчон (Pinchon) намагався створити електротермічну піч у 1853 році; а в 1878-79 роках сер Вільям Сіменс отримав патенти на електричні печі дугового типу. W.H. Dennis. Metallurgy 1863—1963. 2017. p. 111.

У 1900 році Поль Еру запропонував свою електродугову піч. Вперше вона була побудована 1900 року й використана для виробництва ферохрому на заводі в Ля-Пра. Перша експериментальна плавка сталі була проведена 9 жовтня 1900 року.

Принцип роботи печі Еру був схожий на принцип роботи мартенівської печі, але опалення здійснювалося не газом, а електрикою. Було 2 вугільні електроди, один з яких подавав струм на шихту, а інший відводив його. Шихта складалася з твердого або рідкого чавуну, сталевого брухту та флюсу і складалася як для осно́вного процесу в мартенівських печах, оскільки звичайна піч Еру мала футерування з осно́вного матеріалу. Завдяки високій температурі можна було отримати рідкий шлак з високим вмістом осно́вних компонентів (що основніший шлак, то він тугоплавкіший), що дозволяло виробляти сталь з низьким вмістом фосфору та сірки з неочищеної сировини. Піч було сконструйовано таким чином, що її можна було нахиляти для вивантаження вмісту. У печі були отвори для подачі повітря, а процеси додавання руди та вапна, а також перемішування шихти були аналогічні до процесів, що використовуються в мартенівських печах. https://clevelandmemory.contentdm.oclc.org/digital/collection/asm/id/166 The Rotarian, Volume 5, № 3, September 1914. p. 45.

Поширення ДСП У 1908 році в Європі працювало 4 печі Еру і ще 1 в США. У США першу таку піч було встановлено у 1906 році на заводі фірми «Halcomb Steel Company» у Сірак'юс (штат Нью-Йорк).

Першу в Російській імперії електродугову піч було встановлено у лютому 1910 року на Обухівському заводі у Петербурзі після поїздки робітників заводу за кордон для вивчення роботи таких печей. Піч мала ємкість 3,5 т. Вона працювала до 1930 року. За Обухівським заводом такі печі почали встановлювати на інших заводах, зокрема на Макіївському металургійному заводі. У 1913 році в царській Росії було виплавлено 3500 т електросталі. Перші в СРСР електродугові печі було спроектовано і встановлено у 1924 році у Харкові на заводі «Електросила» (тепер ХЕМЗ) 2 печі ємкістю 250 кг. Шевцов М. С., Бородачев А. С. Развитие электротермической техники. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 208 с.

Історія використання До 1960-х років через досить високу вартість електросталеплавильного процесу дугові печі використовували переважно для виробництва легованої сталі спеціального призначення, а просту вуглецеву сталь виплавляли у цих печах лише у ливарних цехах. Окрім появи дешевшої електроенергії, інтенсивному впровадженню електросталеплавильного виробництва, що почалося у 1960-х роках, сприяло накопичення великої кількості металобрухту. У 2-й половині 20 століття інтенсивне витіснення мартенівського процесу киснево-конверторним (переробляє обмежену кількість металобрухту) призвело до порушення балансу брухту в металургійній промисловості та викликало необхідність розвитку процесу, що дозволяв використовувати велику кількість металобрухту. Такою технологією є виплавка сталі в електричних печах, здатних працювати при 100 % брухту в металургійній шихті.

Розвиток будови електродугової сталеплавильної печі Перші 20-25 років дугові сталеплавильні печі використовувалися майже без змін у конструкції. На швейцарському заводі Герлафінген у 1920-х роках було винайдено систему горішнього завантаження електродугових печей, що став стандартним. Над розробкою цього способу працювали кілька американських і європейських фірм («Лектромелт», «Америкен-Бридж», «Демаг», «Сіменс», «Ефко» та інші). Перші печі завантажували через торцеві дверцята. Ручна завалка печі була одним з серйозних факторів, що знижували показники роботи печі. Так, середня тривалість простою печі під час ручного завантаження складала для 3-тонної печі 40 хвилин, для 6-тонної — 60 і для 15-тонної — 120 хвилин. Кожна хвилина простою поміж плавками збільшувала теплові втрати випромінюванням (піч охолождувалася) і витрату енергії при розплавленні завалки. Спочатку було запропоновано завантажувати піч за допомоги лотока, підвішеного на ланцюгу до гака мостового крана. Такий спосіб значно прискорював завалку. Пізніше почали використовувати завантажувальні машини, що використовувалися у мартенівському виробництві — за допомоги мульд. Але вони були дорогі і тривалість завалки зменшилася лише на 15-40 хвилин, залежно від ємкості печі. Третій варіант розвитку завантаження — завалка баддею згори було кардинальним рішенням. Завантаження печі згори стало однією з найважливіших подій у розвитку ДСП. Завантаження металобрухту триває 3-5 хвилин, що у 5-10 разів (залежно від ємкості печі) швидше, аніж завантаження мульдами.

Основними недоліками перших печей були невисока робоча напруга і, відповідно, мала питома потужність. Це подовжувало період плавки, збільшувало теплові втрати та витрати електроенергії. В подальшому потужність було збільшено.

У 1940-х роках для інтенсифікації процесу плавки стало широко застосовуватися введення кисню в рідкий метал. Введення кисню дозволило підвищити продуктивність ДСП приблизно на 15 %. У 1978—1992 роках здійснено впровадження позапічної обробки сталі та установки піч-ківш. Винайдено в Японії. Відбулося широкое впровадження АСК.

З 1990 року почали з'являтися технології попереднього нагрівання металобрухту вихідними газами перед завантаженням його в піч, що дозволяє прискорити його плавлення в печі. У 1990—2000 роках з'явилися печі з шахтним підігрівачем брухту. Однак, вони не знайшли широкого застосування. Також був розроблений процес Consteel, при якому брухт, що нагрівається відхідними газами, подається у піч конвеєром.

Класифікація

Розрізняють дугові печі прямої дії (дуга горить між електродами та металом, що нагрівається), непрямої дії (дуга виникає між електродами на деякій віддалі від металу), а також дугові печі із закритою дугою (вона горить під шаром твердої шихти, в яку занурено електроди). Найпоширенішими є дугові печі прямої дії, де плавлять переважно сталь, і печі із закритою дугою для виплавляння кольорових сплавів; феросплавів, електрокорунду тощо. Є й вакуумні дугові печі з витрачуваним електродом (його виготовляють з металу, який підлягає переплавленню) і з електродом невитрачуваним (з вольфраму або графіту). Печі такого типу застосовують для вакуумно-дугового переплавлення металів і сплавів.

Конструктивні особливості Електродугова піч складається зі сталевого кожуха, який зсередини футерований вогнетривким матеріалом. У склепінні печі є отвори для трьох електродів (піч використовує трифазний струм). Електроди діаметром понад 550 мм бувають графітові або вугільні. Дно печі — чашоподібне. В стінках печі є завантажувальне вікно і випускний отвір зі зливним жолобом.

Печі прямої дії (місткістю 360—400 т) мають спеціальний механізм дозволяє нахиляти піч в бік льотки — для випуску металу, в бік завантажувального вікна — для випуску шлаку.

Застосування Сучасна електродугова піч є ефективною установкою для перероблювання сталевого скрапу. Застосування електродугової печі дозволяє виробляти сталь із 100%-го металобрухту при значному скороченні споживання енергії в питомих величинах (енергія на одиницю ваги), необхідної для виробництва сталі.

Див. також

Електротермічний спосіб одержання сталі

Примітки

Джерела Смирнов В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2005. ISBN 966-7804-90-9 Электротермическое оборудование: Справочник /Под общ. ред. А. П. Альтгаузена. М.: Энергия, 1980. — 416 с. 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. 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.

Посилання «ДНІПРОСПЕЦСТАЛЬ» ПОБУДУЄ НОВУ ЕЛЕКТРОДУГОВУ ПІЧ Використання електродугової печі на сталеливарному заводі «Електросталь», Україна, 2009 р.