Труды КНЦ (Технические науки вып. 6/2023(14))

Поскольку в процессе электроплавки точно регулируется температура металла и содержание в нем примесей и, следовательно, возможно получать сплавы практически любого состава, дуговые электропечи используются в первую очередь в производстве сталей. В дуговых сталеплавильных печах (ДСП) выплавляют высоколегированные инструментальные стали, жаропрочные и жаростойкие, нержавеющие стали, подшипниковые, а также многие другие конструкционные стали, производство которых с помощью конвертера и мартеновской печи сопряжено с рядом трудностей [1]. Преимущество ДСП относительно других сталеплавильных агрегатов обусловлено следующим: • отсутствие высоких требований к качеству шихтовых материалов (содержанию примесей в ломе); • возможность введения в печь большого количества легирующих элементов за счет быстрого нагрева металла; • точная и плавная регулировка температуры сплава; • обеспечение низкого содержания серы, фосфора и неметаллических включений в составе сплавов; • малые потери легирующих элементов в результате окисления за счет возможности регулирования окислительно-восстановительных свойств среды в процессе плавки, а также обеспечения в печи восстановительной атмосферы и безокислительных шлаков. Применение ДСП, тем не менее, имеет ряд недостатков, к которым относят: • трудность перемешивания металла, что в некоторой степени препятствует усреднению его температуры и химического состава; • выделение значительного количества продуктов горения и производство шума во время работы [2, 3]. С позиции осуществления электропитания дуговая сталеплавильная печь является проблемным энергопотребителем, поскольку необходимо обеспечить согласование параметров печи и питающей сети, а также сглаживание значительных возмущений, возникающих в сети в процессе плавки. Негативное воздействие ДСП на системы электроснабжения обусловлено главным образом принципом действия установки и специфичными условиями ее работы. Принцип работы дуговых электропечей Различают два основных вида дуговых электропечей: печи прямого действия (нагрева), в которых электрическая дуга горит между электродом и расплавляемым металлом, при этом энергия дуги передается металлу непосредственно, и печи косвенного действия (нагрева), в которых дуга горит между двумя электродами над поверхностью металла, теплопередача при этом осуществляется излучением и конвекцией. Для плавки стали применяются электропечи прямого нагрева, к которым относятся печи переменного тока и печи постоянного тока. В печах первого типа трехфазный переменный ток промышленной частоты (50 Гц) подается в плавильное пространство через три электрода. Когда электроды, на которые подано напряжение, опущены вниз и кратковременно соприкасаются с загруженным в печь металлом, возникает короткое замыкание. В этот момент в электрической цепи протекает ток большой силы. Затем электроды немного приподнимаются, в результате между ними и верхним слоем шихты возникают электрические дуги. Аналогичным образом возникают электрические дуги в дуговых печах постоянного тока. В качестве катода выступает единственный электрод. Анод расположен в подине печи и находится в непосредственном контакте с расплавляемым металлом [4]. Применение печей постоянного тока, несмотря на ряд имеющихся преимуществ, которые подробно описаны в работе [5], сопровождается существенными затратами на установку тиристорного преобразователя, предназначенного для выпрямления переменного тока в постоянный, а также, как следствие, дополнительными затратами на необходимое удлинение короткой сети печи и усложнение системы охлаждения. При этом использование постоянного тока не обеспечивает повышения производительности печи относительно использования переменного. В связи с этим наибольшее Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 6. С. 29-38. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 6. P. 29-38. © Губская Е. И., 2023 30