Obločna jeklena peč: naprava, princip delovanja, moč, krmilni sistem

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Jeklena obločna peč (EAF) je naprava, ki segreva material z električnim upogibanjem.

Industrijski aparati segajo po velikosti od majhnih enot, približno eno tono moči (uporabljajo se v livarnah za izdelavo izdelkov iz litega železa) do 400 enot na tono, ki se uporabljajo za recikliranje jekla. Obločne jeklene peči, EAF, ki se uporabljajo v raziskovalnih laboratorijih, imajo lahko zmogljivost le nekaj deset gramov. Temperatura industrijskih naprav lahko doseže 1800 °C (3272 °F), medtem ko laboratorijske instalacije presegajo 3000 °C (5432 °F).

Obločne jeklene peči (EAF) se razlikujejo od indukcijskih peči po tem, da je material, ki se obremenjuje, neposredno izpostavljen električnemu upogibanju, tok na sponkah pa prehaja skozi napolnjen material.

gradnja

Obločna jeklena peč se uporablja za proizvodnjo jekla in je sestavljena iz ognjevzdržne posode. V glavnem razdeljen na tri dele:

• Lupina, ki je sestavljena iz stranskih sten in spodnjega jeklasklede.
• Paleta, ki je izdelana iz ognjevzdržnega materiala.
• streha. Lahko je s toplotno odporno podlogo ali vodno hlajen. Izdelana je tudi v obliki krogle ali okrnjenega stožca (stožčasti prerez). Streha podpira tudi ognjevzdržno delto v svojem središču, skozi katero vstopa ena ali več grafitnih elektrod.

Posamezni predmeti

Kar ima lahko hemisferično obliko in je potreben v ekscentrični peči za točenje dna. V sodobnih delavnicah je obločna jeklena peč - EAF 5 - pogosto dvignjena nad pritličje, tako da je mogoče zajemalke in žlindre zlahka manevrirati pod obema koncema. Od strukture je ločena podpora za elektrode in električni sistem ter nagnjena platforma, na kateri stoji instrument.

Edinstveno orodje

Tipična obločna peč za taljenje jekla EAF 3 se napaja iz trifaznega vira in ima zato tri elektrode. Imajo okrogel prerez in praviloma segmente z navojnimi povezavami, tako da se ob obrabi lahko dodajajo novi elementi.

Lok nastane med napolnjenim materialom in elektrodo. Naboj se segreva tako s tokom, ki teče skozenj, kot s sevano energijo, ki jo sprosti val. Temperatura doseže približno 3000 °C (5000 °F), kar povzroči, da spodnji deli elektrod med delovanjem obločne peči žarijo kot žarnice.

Elementi se samodejno dvigajo in spuščajo s sistemom pozicioniranja, ki lahko uporablja kateri koli električnivitel, dvigala ali hidravlični cilindri. Regulacija vzdržuje približno konstanten tok. Kakšna je poraba energije obločne peči? Med taljenjem naboja ostane konstanten, čeprav se lahko ostanki med taljenjem premikajo pod elektrodami. Tulci jambora, ki držijo element, lahko nosijo težke zbiralke (ki so lahko vodno hlajene votle bakrene cevi, ki dovajajo tok v sponke) ali "vroče rokave", kjer celoten vrh nosi naboj, kar povečuje učinkovitost.

Zadnji tip je lahko izdelan iz pobakrenega jekla ali aluminija. Veliki vodno hlajeni kabli povezujejo zbiralke ali nosilce s transformatorjem, ki se nahaja poleg pečice. Podobno orodje je nameščeno v skladišču in ohlajeno z vodo.

Tapkanje in druge operacije

Jeklena obločna peč EAF 50 je zgrajena na nagnjeni ploščadi, tako da se tekoče jeklo lahko vlije v drugo posodo za transport. Operacija nagibanja za prenos staljenega jekla se imenuje točenje. Sprva so imeli vsi jeklarski oboki obločne peči izpustno žlebno, prekrito z ognjevzdržnim materialom, ki se je ob nagibanju izpiral.

Vendar ima sodobna oprema pogosto ekscentrični spodnji izstopni ventil (EBT) za zmanjšanje vgradnje dušika in žlindre v tekoče jeklo. Te pečice imajo odprtino, ki poteka navpično skozi ognjišče in lupino in je v ozkem jajčastem "izlivu" izven središča. Napolnjeno jeognjevzdržni pesek.

Sodobne rastline imajo lahko dve lupini z enim kompletom elektrod, ki se prenašajo med njimi. Prvi del segreva ostanke, drugi pa se uporablja za taljenje. Druge peči DC imajo podobno razporeditev, vendar imajo elektrode za vsak plašč in en komplet elektronike.

kisikovi elementi

AC peči imajo običajno vzorec vročih in hladnih točk vzdolž oboda ognjišča, ki se nahajajo med elektrodama. Pri sodobnih so gorilniki na kisikovo gorivo nameščeni v stranski steni. Uporabljajo se za oskrbo s kemično energijo v minus conah, zaradi česar je ogrevanje jekla bolj enakomerno. Dodatna moč je zagotovljena z dovajanjem kisika in ogljika v peč. V preteklosti je bilo to storjeno s sulicami (votle cevi iz mehkega jekla) v žlindrenih vratih, zdaj se večinoma izvaja z vbrizgalnimi enotami na steno, ki združujejo gorilnike za kisik in sisteme za dovod zraka v eno posodo.

Sodobna srednje velika jeklena peč ima transformator z nazivno močjo približno 60.000.000 volt-amperov (60 MVA), s sekundarno napetostjo od 400 do 900 in tokom nad 44.000. V sodobni trgovini je npr. Pričakuje se, da bo peč proizvedla 80 metričnih ton tekočega jekla v približno 50 minutah od nalaganja hladnega ostanka do točenja.

Za primerjavo, osnovne kisikove peči imajo lahko zmogljivost 150-300 ton na serijo ali se "segrejejo" in proizvajajo toploto 30-40 minut. Obstajajo velike razlike v podrobnostih zasnove in delovanja peči,odvisno od končnega izdelka in lokalnih razmer, kot tudi stalne raziskave za izboljšanje učinkovitosti obrata.

Največji samo odpad (glede na težo pipe in oceno transformatorja) je enosmerna naprava, izvožena iz Japonske, z maso pipe 420 ton in jo napaja osem transformatorjev 32 MVA za skupno moč 256 MBA.

Za proizvodnjo ton jekla v električni obločni peči je potrebnih približno 400 kilovatnih ur ali približno 440 kWh na metriko. Teoretična minimalna energija, potrebna za taljenje odpadnega jekla, je 300 kWh (tališče 1520 °C / 2768 °F). Zato bo 300-tonski EAF z močjo 300 MVA zahteval približno 132 MWh energije, čas vklopa pa je približno 37 minut.

Proizvodnja jekla z uporabo električnega loka je ekonomsko upravičena le, če je dovolj električne energije z dobro razvitim omrežjem. Marsikje mlini delujejo v času izven konic, ko imajo komunalna podjetja presežne proizvodne zmogljivosti in je cena na meter nižja.

Operacija

Obločna jeklena peč vlije jeklo v majhen lonec. Odpadna kovina se dostavi v vdolbino, ki se nahaja poleg topilnice. Odpadki so ponavadi v dveh glavnih vrstah: ostanki (bela tehnika, avtomobili in drugi predmeti, narejeni iz podobnihlahkega jekla) in težke taline (velike plošče in tramovi), pa tudi nekaj neposredno reduciranega železa (DRI) ali surovega železa za kemično ravnovesje. Ločene peči talijo skoraj 100 % DRI.

Naslednji korak

Ostanki se naložijo v velika vedra, imenovane košare, z preklopnimi vrati za osnovo. Za dobro delovanje peči je treba paziti, da je odpadek v košari. Močna talina je na vrhu položena z lahkim slojem zaščitne rezine, na vrhu katere leži še en del. Po nalaganju morajo biti vsi prisotni v pečici. V tem času se lahko košara premakne v predgrelnik odpadkov, ki uporablja vroče odpadne pline talilnice za pridobivanje energije in izboljša učinkovitost.

Overflow

Nato posodo odpeljejo v talilnico, odprejo streho peči in vanjo naložijo material. Prenos je ena najbolj nevarnih operacij za operaterje. Veliko potencialne energije sprosti tone padajoče kovine. Vsako tekočo snov v peči pogosto potisnejo navzgor in ven s trdnimi ostanki in mastjo. Če je pečica vroča, se prah na kovini vžge, kar povzroči izbruh ognjene krogle.

V nekaterih napravah z dvojno lupino se odpadki nalagajo v drugo, medtem ko se prva tali, in jo predgrejejo izpušni plini iz aktivnega dela. Druge operacije so: neprekinjeno nalaganje in delo s temperaturo na tekočem traku, ki nato razklada kovino v samo peč. Druge naprave se lahko zaženejovroča snov iz drugih operacij.

Napetost

Po polnjenju se streha nagne nazaj nad peč in začne se taljenje. Elektrode se spustijo na odpadno kovino, ustvari se lok, nato pa se nastavijo tako, da se razprostirajo v sloju drobtin na vrhu naprave. Za to operacijo so izbrane nizke napetosti, da zaščitijo streho in stene pred prekomerno vročino in poškodbami obloka.

Ko elektrode dosežejo težko talino na dnu peči in so valovi zaščiteni z lomico, se lahko napetost poveča in elektrode rahlo dvignejo, kar podaljša in poveča moč taline. To omogoča, da se taljeni bazen hitreje oblikuje, kar skrajša čas odpiranja.

Kisik se vpihuje v odpadno kovino, sežiga ali reže jeklo, dodatno kemično toploto pa zagotavljajo stenski gorilniki. Oba procesa pospešujeta taljenje snovi. Nadzvočne šobe omogočajo, da curki kisika prodrejo v penečo žlindro in dosežejo tekočo kopel.

Oksidacija nečistoč

Pomemben del jeklarstva je tvorba žlindre, ki plava na površini staljenega jekla. Običajno je sestavljen iz kovinskih oksidov in deluje tudi kot prostor za zbiranje oksidiranih nečistoč, kot toplotna odeja (zaustavi prekomerno izgubo toplote) in pomaga tudi zmanjšati erozijo ognjevzdržne obloge.

Za peč z osnovnimi ognjevzdržnimi materiali za proizvodnjo ogljikovega jekla so običajni tvorci žlindre kalcijev oksid (CaO v obliki žganegaapno) in magnezij (MgO v obliki dolomita in magnezita.). Te snovi se bodisi napolnijo z ostanki ali pa jih vpihnejo v peč med taljenjem.

Druga pomembna sestavina je železov oksid, ki nastane pri sežiganju jekla s kisikom. Kasneje, ko se segreje, se v to plast vbrizga ogljik (v obliki premoga), ki reagira z železovim oksidom, da nastane kovina in ogljikov monoksid. Posledica tega je penjenje žlindre, kar ima za posledico večjo toplotno učinkovitost. Prevleka preprečuje poškodbe strehe in stranskih sten pečice zaradi sevanja toplote.

Izgorevanje nečistoč

Ko je odpadna kovina popolnoma stopljena in je dosežen raven bazen, lahko v peč naložite drugo vedro. Ko se druga polnitev popolnoma stopi, se izvedejo operacije rafiniranja, da se preveri in popravi kemična sestava jekla in se talina pregreje nad zmrziščem, da se pripravi za točenje. Vnese se več tvorcev žlindre in v kopel vstopi veliko kisika, ki sežge nečistoče, kot so silicij, žveplo, fosfor, aluminij, mangan in kalcij, ter odstrani njihove okside v žlindro.

Odstranjevanje ogljika se zgodi, ko ti elementi najprej izgorejo, saj so bolj podobni kisiku. Kovin, ki imajo nižjo afiniteto kot železo, kot sta nikelj in baker, ni mogoče odstraniti z oksidacijo in jih je treba nadzorovati le s kemijo. To je na primer prej omenjena uvedba neposredno reduciranega železa in litega železa.

Penasta žlindravztraja vseskozi in pogosto prelije pečico, da prelije od vrat v predvideno jamo. Merjenje temperature in izbira kemikalij se izvajata s pomočjo avtomatskih sulic. Kisik in ogljik je mogoče mehansko meriti s posebnimi sondami, ki so potopljene v jeklo.

Produkcijske prednosti

Z uporabo krmilnega sistema za obločne peči za taljenje jekla je mogoče izdelati jeklo iz 100% surovine – odpadne kovine. To močno zmanjša energijo, potrebno za proizvodnjo snovi, v primerjavi s primarno proizvodnjo iz rud.

Druga prednost je prilagodljivost: medtem ko se plavži ne morejo bistveno spreminjati in lahko delujejo več let, se lahko ta hitro zažene in izklopi. To omogoča, da jeklarna spreminja proizvodnjo glede na povpraševanje.

Tipična obločna jeklena peč je vir jekla za mini mlin, ki lahko proizvaja palične ali trakove. Mini talilnice se lahko nahajajo sorazmerno blizu jeklarskih trgov in transportne zahteve so manjše kot za integriran obrat, ki se običajno nahaja blizu obale za dostop za pošiljanje.

Naprava za obločno jekleno peč

Shematski prečni prerez je elektroda, ki se dviguje in spušča s pogonom zobnika. Površina je obložena z ognjevzdržnimi opekami in spodnjo oblogo. Vrata omogočajo dostop v notranjostdeli naprave. Telo pečice se naslanja na nihajne roke, tako da ga je mogoče nagniti za tapkanje.