Дъгова стоманена пещ: устройство, принцип на работа, мощност, система за управление

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Стоманената дъгова пещ (EAF) е устройство, което нагрява материал чрез електрическо огъване.

Промишлените уреди варират по размер от малки единици, приблизително един тон мощност (използвани в леярните за производство на чугунени продукти) до 400 единици на тон, използвани за рециклиране на стомана. Дъговите стоманени пещи, EAF, използвани в изследователските лаборатории, могат да имат капацитет от само няколко десетки грама. Температурата на промишлените устройства може да достигне 1800 °C (3272 °F), докато лабораторните инсталации надвишават 3000 °C (5432 °F).

Дъгови стоманени пещи (EAFs) се различават от индукционните пещи по това, че материалът, който се зарежда, е директно подложен на електрическо огъване и токът в клемите преминава през заредения материал.

Строителство

Дъгова стоманена пещ се използва за производство на стомана и се състои от огнеупорен съд. Основно разделен на три секции:

• Черупка, която се състои от странични стени и долна стоманакупи.
• Палет, който е изработен от огнеупорен материал.
• Покрив. Може да бъде с топлоустойчива подплата или с водно охлаждане. И също така се прави под формата на топка или пресечен конус (конусово сечение). Покривът също така поддържа огнеупорна делта в центъра си, през която влизат един или повече графитни електроди.

Отделни артикули

Огнището може да има полусферична форма и е необходимо в ексцентрична пещ за чукване на дъното. В съвременните работилници дъговата стоманена пещ - EAF 5 - често се издига над приземния етаж, така че черпаците и съдовете за шлака могат лесно да се маневрират от двата края. Отделно от конструкцията е опората на електрода и електрическата система, както и наклонената платформа, върху която стои инструментът.

Уникален инструмент

Типична дъгова пещ за топене на стомана EAF 3 се захранва от трифазен източник и следователно има три електрода. Имат кръгло сечение и по правило сегменти с резбови връзки, така че при износването им могат да се добавят нови елементи.

Дъгата се образува между заредения материал и електрода. Зарядът се нагрява както от тока, преминаващ през него, така и от излъчваната енергия, освободена от вълната. Температурата достига около 3000 °C (5000 °F), което кара долните части на електродите да светят като лампи с нажежаема жичка, когато дъговата пещ работи.

Елементите се повдигат и спускат автоматично от система за позициониране, която може да използва всякакви електрическилебедка, телфери или хидравлични цилиндри. Регулацията поддържа приблизително постоянен ток. Каква е консумацията на енергия на дъгова пещ? Той се поддържа постоянен по време на топенето на заряда, въпреки че скрапът може да се движи под електродите, докато се топи. Втулките на мачтата, държащи елемента, могат да носят или тежки шини (които могат да бъдат водно охладени кухи медни тръби, доставящи ток към скобите), или "горещи ръкави", където целият връх носи заряда, повишавайки ефективността.

Последният тип може да бъде изработен от стомана или алуминий с медно покритие. Големи кабели с водно охлаждане свързват шини или скоби към трансформатор, разположен до фурната. Подобен инструмент се монтира в склад и се охлажда с вода.

Докосване и други операции

Стоманената дъгова пещ EAF 50 е изградена върху наклонена платформа, така че течната стомана да може да се излива в друг контейнер за транспортиране. Операцията на накланяне за прехвърляне на разтопена стомана се нарича нарязване. Първоначално всички сводове за производство на стомана на дъговата пещ имаха изпускателен улей, покрит с огнеупор, който се измиваше при наклона.

Но често модерното оборудване има ексцентричен долен изходящ клапан (EBT), за да се намали включването на азот и шлака в течната стомана. Тези фурни имат отвор, който минава вертикално през огнището и черупката и е извън центъра в тесен яйцевиден "чучур". То е изпълненоогнеупорен пясък.

Модерните растения могат да имат две обвивки с един комплект електроди, които се предават между тях. Първата част загрява скрапа, а другата се използва за топене. Други DC пещи имат подобно разположение, но имат електроди за всяка обвивка и един комплект електроника.

Кислородни елементи

AC пещите обикновено имат модел на горещи и студени петна по периметъра на огнището, разположени между електродите. В съвременните горелки с кислородно гориво са монтирани в страничната стена. Използват се за подаване на химическа енергия към минусови зони, което прави нагряването на стоманата по-равномерно. Допълнителна мощност се осигурява чрез подаване на кислород и въглерод към пещта. Исторически това се прави с копия (кухи тръби от мека стомана) във вратата за шлака, сега се прави предимно с инжекционни устройства, монтирани на стена, които комбинират кислородно-горивни горелки и системи за подаване на въздух в един съд..

Модерна средно голяма стоманена пещ има трансформатор с мощност около 60 000 000 волта ампера (60 MVA), с вторично напрежение от 400 до 900 и ток над 44 000. В модерен магазин, като Пещта се очаква да произведе 80 метрични тона течна стомана за около 50 минути от студено зареждане на скрап до изливане.

За сравнение, основните кислородни пещи могат да имат капацитет от 150-300 тона на партида или да се "нагряват" и генерират топлина за 30-40 минути. Има огромни разлики в детайлите на дизайна и работата на пещта,в зависимост от крайния продукт и местните условия, както и текущи изследвания за подобряване на ефективността на инсталацията.

Най-големият само скрап (по отношение на теглото на крана и рейтинга на трансформатора) е DC устройство, изнесено от Япония с тегло на кран 420 метрични тона и захранвано от осем трансформатора 32 MVA за обща мощност от 256 MBA.

Необходими са приблизително 400 киловатчаса, за да се произведе тон стомана в електрическа дъгова пещ, или около 440 kWh на показател. Теоретичната минимална енергия, необходима за топене на стоманен скрап, е 300 kWh (точка на топене 1520 °C / 2768 °F). Следователно 300-тонен EAF с мощност 300 MVA ще изисква около 132 MWh енергия, а времето за включване е приблизително 37 минути.

Производството на стомана с помощта на електрическа дъга е икономически изгодно само ако има достатъчно електроенергия с добре развита мрежа. На много места мелниците работят в непиковите часове, когато комуналните услуги имат излишен производствен капацитет и цената на метър е по-ниска.

Операция

Дъговата стоманена пещ излива стомана в малка машина за черпак. Метален скрап се доставя до вдлъбнатина, разположена до топилната. Скрапът обикновено се предлага в две основни разновидности: скрап (бяла техника, автомобили и други артикули, направени от подобнилека стомана) и тежка стопилка (големи плочи и греди), както и малко директно редуцирано желязо (DRI) или чугун за химичен баланс. Отделни пещи топят почти 100% DRI.

Следваща стъпка

Скрапът се зарежда в големи кофи, наречени кошници, с миди врати за основата. Трябва да се внимава скрапът да е в кошницата, за да се осигури добра работа на пещта. Отгоре се полага здрава стопилка с лек слой от защитна парченца, върху която лежи друга част. Всички те трябва да присъстват във фурната след зареждане. По това време кошницата може да се премести в предварителния нагревател на скрап, който използва горещите отпадъчни газове от топилната машина за възстановяване на енергията, подобрявайки ефективността.

Преливане

След това съдът се отвежда в цеха за топене, покрива се отваря и материалът се зарежда в него. Прехвърлянето е една от най-опасните операции за операторите. Много потенциална енергия се освобождава от тонове падащ метал. Всяка течна материя в пещта често се изтласква нагоре и навън от твърд скрап и грес. Прахът върху метала се запалва, ако фурната е гореща, което води до изригване на огнено кълбо.

При някои устройства с двоен корпус скрапът се зарежда във втория, докато първият се топи, и се загрява предварително от изгорелите газове от активната част. Други операции са: непрекъснато зареждане и работа с температура върху конвейерна лента, която след това разтоварва метала в самата пещ. Други устройства могат да се стартиратгореща субстанция от други операции.

Напрежение

След зареждане, покривът се накланя назад над пещта и топенето започва. Електродите се спускат върху металния скрап, създава се дъга и след това се настройват така, че да се разпространяват в слоя от трохи в горната част на устройството. За тази операция се избират ниски напрежения, за да се предпази покрива и стените от прекомерна топлина и повреди от дъга.

След като електродите достигнат тежката стопилка в основата на пещта и вълните са защитени от лоста, напрежението може да се увеличи и електродите леко да се повдигнат, удължавайки и увеличавайки мощността на стопилката. Това позволява на разтопеният басейн да се образува по-бързо, намалявайки времето за изпускане.

Кислородът се издухва в метален скрап, изгаря или реже стомана, а допълнителната химическа топлина се осигурява от стенни горелки. И двата процеса ускоряват топенето на веществото. Свръхзвуковите дюзи позволяват на кислородните струи да проникнат в пенещата се шлака и да достигнат до течната баня.

Окисление на примеси

Важна част от производството на стомана е образуването на шлака, която плува върху повърхността на стопената стомана. Обикновено се състои от метални оксиди и също така действа като място за събиране на окислени примеси, като термично покритие (спиране на прекомерната загуба на топлина) и също така помага за намаляване на ерозията на огнеупорната облицовка.

За пещ с основни огнеупорни материали, произвеждащи въглеродна стомана, обичайните шлакообразуватели са калциев оксид (CaO под формата на калциниранавар) и магнезий (MgO под формата на доломит и магнезит.). Тези вещества или се зареждат със скрап, или се издухват в пещта по време на топенето.

Друг важен компонент е железният оксид, образуван при изгаряне на стоманата с въведен кислород. По-късно, когато се нагрява, въглеродът (под формата на въглища) се инжектира в този слой, реагирайки с железен оксид, за да образува метал и въглероден оксид. Това води до разпенване на шлаката, което води до по-голяма топлинна ефективност. Покритието предотвратява повреда на покрива и страничните стени на фурната от лъчиста топлина.

Изгаряне на примеси

След като металният скрап се разтопи напълно и се достигне плосък басейн, друга кофа може да се зареди в пещта. След като вторият заряд е напълно разтопен, се извършват операции по рафиниране, за да се провери и коригира химичният състав на стоманата и да се прегрее стопилката над точката на замръзване при подготовка за изливане. Въвеждат се повече шлакообразуватели и много кислород навлиза във ваната, изгаряйки примеси като силиций, сяра, фосфор, алуминий, манган и калций, и премахвайки техните оксиди в шлаката.

Отстраняването на въглерода става, след като тези елементи изгорят първи, тъй като те са по-подобни на кислорода. Метали, които имат по-нисък афинитет от желязото, като никел и мед, не могат да бъдат отстранени чрез окисляване и трябва да се контролират само чрез химия. Това е например въвеждането на директно редуцирано желязо и чугун, споменато по-рано.

Пенлива шлакапродължава през цялото време и често прелива фурната, за да прелее от вратата в предвидената яма. Измерването на температурата и подборът на химикали се извършват с помощта на автоматични копия. Кислородът и въглеродът могат да се измерват механично със специални сонди, които са потопени в стомана.

Производствени предимства

С помощта на система за управление на дъгови пещи за топене на стомана е възможно да се произвежда стомана от 100% суровина - метален скрап. Това значително намалява енергията, необходима за производството на веществото, в сравнение с първичното производство от руди.

Друго предимство е гъвкавостта: докато доменните пещи не могат да варират значително и могат да работят с години, тази може да се стартира и изключва бързо. Това позволява на стоманодобивната фабрика да променя производството според търсенето.

Типичната пещ за дъгова стомана е източникът на стомана за мини мелница, която може да произвежда пръти или ленти. Мини-топилните предприятия могат да бъдат разположени сравнително близо до пазарите на стомана и изискванията за транспорт са по-малки, отколкото за интегриран завод, който обикновено се намира близо до брега за достъп до корабоплаването.

Устройство за дъгова стоманена пещ

Схемичното напречно сечение е електрод, който се повдига и спуска от зъбна рейка и зъбно колело. Повърхността е облицована с огнеупорни тухли и долна облицовка. Вратата позволява достъп до интериорачасти на устройството. Корпусът на фурната се опира на лостчетата, така че да може да се накланя за почукване.