Развитие сталеплавильного производства
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 60х 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).