ГлавнаяI. В дуговых печах электрическая энергия превращается в тепловую в электрической дуге и передается металлу главным образом путем излучения. Электрическая дуга (или дуги) является мощным источником тепла и дает возможность нагреть рабочее пространство печи и находящиеся в нем материалы до весьма высокой температуры. Печи этого типа наиболее широко применяются в металлургии. Группу дуговых печей целесообразно разбить на три подгруппы по способу нагрева металла: печи прямого действия (с зависимой души), печи косвенного действия (с независимой дугой) и печи с закрытой дугой.
В печах прямого действия, или печах с зависимой души, электрические дуги горят между расположенными перпендикулярно к поверхности металлической ванны электродами и нагреваемым телом и ток проходит непосредственно по металлу (рис. 1,а).
В печах косвенного действия, или печах с независимой дугой, дуга горит между электродами, находящимися над металлом и расположенными горизонтально, при этом ток по металлу не проходит. Можно считать, пренебрегая конвекцией, что нагрев металла осуществляется исключительно за счет лучеиспускания электрической дуги, при этом значительная часть тепла излучается не на металл, а на футеровку печи (рис. 1,в).
В печах с закрытой дугой дуги горят в глубине слоя твердых шихтовых материалов, окружающего электроды; дуги в этих печах являются зависимыми, так как горят на расплав или па шлак, находящийся под вертикально расположенными электродами. Возможно также протекание тока непосредственно между электродами через шихту параллельно дуге (рис. 1,б).
II. Электропечи сопротивления находят весьма ограниченное применение в металлургии. В печах этого типа электроэнергия превращается в тепловую энергию по закону Джоуля — Ленца при прохождении тока по специальным проводникам (нагревателям). Эта группа печей тоже делится на две подгруппы: печи прямого нагрева и печи косвенного нагрева.
В печах прямого нагрева нагревателем служит само нагреваемое изделие. Примером таких печей могут служить электрошлаковые печи, применение которых для выплавки стали расширяется с каждым днем. В электрошлаковой печи тепловая энергия выделяется в слое расплавленного шлака, являющемся участком цепи, электросопротивление которого максимально. Шлак разогревается до температур, превышающих температуру плавления металла электрода, поэтому последний плавится, и капли металла, пройдя сквозь слой шлака, попадают в ванну, расположенную в верхней части слитка.
Слиток, находящийся в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе, последовательно кристаллизуется снизу вверх.
В печах косвенного нагрева ток проходит по специальным нагревателям, и выделяющееся в них тепло лучеиспусканием и конвекцией передается нагреваемому металлу. Эти печи не имеют широкого распространения в черной металлургии.
III. В индукционных печах металл нагревается токами, создаваемыми в нем за счет электромагнитной интуиции. Переменный ток высокой частоты создает вокруг индуктора переменное магнитное поле. Переменный магнитный поток наводит в металле, находящемся в тигле внутри индуктора, электродвижущую силу, под влиянием которой в самом металле протекают переменные токи, нагревающие его. Индукционные печи, как открытые, так и вакуумные, находят широкое применение в черной металлургии, особенно при производстве сталей и сплавов со специальными свойствами.
Основное внимание в настоящем пособии будет уделено рассмотрению дуговых электросталеплавильных печей прямого действия, так как именно в них выплавляют практически всю производимую в России и за рубежом электросталь.