Oblúková oceľová pec: zariadenie, princíp činnosti, výkon, riadiaci systém

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Oceľová oblúková pec (EAF) je zariadenie, ktoré ohrieva materiál elektrickým ohýbaním.

Priemyselné spotrebiče majú veľkosť od malých jednotiek, približne jedna tona energie (používané v zlievarňach na výrobu liatinových výrobkov) až po 400 jednotiek na tonu, ktoré sa používajú na recykláciu ocele. Oblúkové oceľové pece, EAF, používané vo výskumných laboratóriách môžu mať kapacitu len niekoľko desiatok gramov. Teplota priemyselných zariadení môže dosiahnuť 1800 °C (3272 °F), zatiaľ čo laboratórne inštalácie presahujú 3000 °C (5432 °F).

Oblúkové oceľové pece (EAF) sa líšia od indukčných pecí v tom, že nakladaný materiál je priamo vystavený elektrickému ohýbaniu a prúd na svorkách prechádza cez nabíjaný materiál.

Stavebníctvo

Oblúková oceľová pec sa používa na výrobu ocele a skladá sa zo žiaruvzdornej nádoby. Hlavne rozdelené do troch sekcií:

• Plášť, ktorý pozostáva z bočných stien a spodnej ocelemisky.
• Paleta vyrobená zo žiaruvzdorného materiálu.
• Strecha. Môže byť s tepelne odolnou podšívkou alebo vodou chladený. A vyrába sa aj vo forme gule alebo zrezaného kužeľa (kužeľová časť). Strecha tiež podopiera vo svojom strede žiaruvzdornú deltu, cez ktorú vstupuje jedna alebo viacero grafitových elektród.

Jednotlivé položky

Oheň môže mať pologuľovitý tvar a je potrebný v excentrickej peci na odpich dna. V moderných dielňach je oblúková oceľová pec - EAF 5 - často vyvýšená nad prízemím, takže naberačky a hrnce na trosku možno ľahko manévrovať pod ktorýmkoľvek koncom. Oddelené od konštrukcie je držiak elektród a elektrický systém, ako aj naklonená plošina, na ktorej prístroj stojí.

Unikátny nástroj

Typická oblúková pec na tavenie ocele EAF 3 je poháňaná trojfázovým zdrojom, a preto má tri elektródy. Majú okrúhly prierez a spravidla segmenty so závitovými spojmi, takže pri ich opotrebovaní môžu byť pridané nové prvky.

Oblúk sa vytvára medzi nabitým materiálom a elektródou. Náboj sa zahrieva ako prúdom, ktorý ním prechádza, tak aj vyžiarenou energiou uvoľnenou vlnou. Teplota dosahuje približne 3000 °C (5000 °F), čo spôsobuje, že spodné časti elektród počas prevádzky oblúkovej pece žiaria ako žiarovky.

Prvky sa automaticky zdvíhajú a spúšťajú pomocou polohovacieho systému, ktorý môže používať akúkoľvek elektrinunavijak, kladkostroje alebo hydraulické valce. Regulácia udržuje približne konštantný prúd. Aká je spotreba elektrickej energie oblúkovej pece? Počas tavenia vsádzky sa udržiava konštantná, aj keď sa šrot môže pri tavení pohybovať pod elektródami. Objímky stožiarov, ktoré držia prvok, môžu niesť buď ťažké prípojnice (ktoré môžu byť vodou chladené duté medené rúrky dodávajúce prúd do svoriek) alebo „horúce rukávy“, kde celý vrch nesie náboj, čím sa zvyšuje účinnosť.

Posledný typ môže byť vyrobený z pomedenej ocele alebo hliníka. Veľké vodou chladené káble spájajú prípojnice alebo konzoly s transformátorom umiestneným vedľa rúry. Podobný nástroj je nainštalovaný v sklade a chladený vodou.

Ťukanie a iné operácie

Oblúková pec EAF 50 je postavená na naklonenej plošine, takže tekutú oceľ možno naliať do iného kontajnera na prepravu. Operácia nakláňania na prenos roztavenej ocele sa nazýva odpichnutie. Pôvodne mali všetky oceľové klenby oblúkovej pece výstupný žľab pokrytý žiaruvzdorným materiálom, ktorý sa pri naklonení vymýval.

Moderné zariadenia však často majú excentrický spodný výstupný ventil (EBT), ktorý znižuje začlenenie dusíka a trosky do tekutej ocele. Tieto pece majú otvor, ktorý prechádza vertikálne cez ohnisko a škrupinu a je mimo stredu v úzkom vajcovitom „výlevke“. Je naplnenážiaruvzdorný piesok.

Moderné rastliny môžu mať dva plášte s jednou sadou elektród, ktoré sú medzi nimi prevedené. Prvá časť ohrieva šrot, zatiaľ čo druhá sa používa na tavenie. Ostatné pece na jednosmerný prúd majú podobné usporiadanie, ale majú elektródy pre každý plášť a jednu súpravu elektroniky.

Kyslíkové prvky

AC pece majú zvyčajne vzor horúcich a studených miest pozdĺž obvodu ohniska, ktoré sa nachádzajú medzi elektródami. V moderných sú kyslíkovo-palivové horáky inštalované v bočnej stene. Používajú sa na dodávanie chemickej energie do mínusových zón, vďaka čomu je ohrev ocele rovnomernejší. Dodatočná energia je zabezpečená dodávaním kyslíka a uhlíka do pece. Historicky sa to robilo oštepmi (duté rúrky z mäkkej ocele) v troskových dverách, teraz sa to väčšinou robí pomocou nástenných vstrekovacích jednotiek, ktoré kombinujú kyslíkovo-palivové horáky a systémy prívodu vzduchu do jednej nádoby.

Moderná stredne veľká oceľová pec má transformátor s menovitým výkonom asi 60 000 000 voltampérov (60 MVA), so sekundárnym napätím 400 až 900 a prúdom presahujúcim 44 000. V modernom obchode je napr. Očakáva sa, že pec vyrobí 80 metrických ton tekutej ocele za približne 50 minút od naloženia studeného šrotu po odpich.

Na porovnanie, základné kyslíkové pece môžu mať kapacitu 150 – 300 ton na dávku alebo „zahrievať“a vytvárať teplo 30 – 40 minút. Existujú obrovské rozdiely v detailoch konštrukcie pece a prevádzky,v závislosti od konečného produktu a miestnych podmienok, ako aj pokračujúceho výskumu na zlepšenie účinnosti závodu.

Najväčší jediný šrot (pokiaľ ide o hmotnosť odbočky a hodnotenie transformátora) je jednosmerné zariadenie vyvážané z Japonska s hmotnosťou odbočky 420 metrických ton a napájané ôsmimi transformátormi 32 MVA s celkovým výkonom 256 MBA.

Vyrobenie tony ocele v elektrickej oblúkovej peci trvá približne 400 kilowatthodín, teda približne 440 kWh na metriku. Teoretická minimálna energia potrebná na roztavenie oceľového šrotu je 300 kWh (bod topenia 1520 °C / 2768 °F). Preto 300-tonový EAF s výkonom 300 MVA bude vyžadovať približne 132 MWh energie a doba zapnutia je približne 37 minút.

Výroba ocele pomocou elektrického oblúka je ekonomicky životaschopná len vtedy, ak je dostatok elektriny s dobre rozvinutou sieťou. Na mnohých miestach sú závody v prevádzke počas hodín mimo špičky, keď majú energetické spoločnosti nadmernú výrobnú kapacitu a cena za meter je nižšia.

Prevádzka

Oblúková oceľová pec nalieva oceľ do malého stroja s panvou. Kovový šrot sa dodáva do vybrania umiestneného vedľa taviacej pece. Šrot má tendenciu prísť v dvoch hlavných variantoch: šrot (biela technika, autá a iné predmety vyrobené z podobného materiáluľahká oceľ) a ťažká tavenina (veľké dosky a nosníky), ako aj niektoré priamo redukované železo (DRI) alebo surové železo pre chemickú rovnováhu. Oddelené pece roztavia takmer 100 % DRI.

Ďalší krok

Šrot sa nakladá do veľkých vedier, nazývaných koše, s dvierkami na základni. Je potrebné dbať na to, aby bol šrot v koši, aby sa zabezpečila dobrá prevádzka pece. Na vrch je položená silná tavenina s ľahkou vrstvou ochranného úlomku, na ktorej leží ďalšia časť. Všetky musia byť po naložení prítomné v rúre. V tomto čase sa kôš môže presunúť do predhrievača šrotu, ktorý využíva horúce odpadové plyny z tavby na rekuperáciu energie, čím sa zvyšuje účinnosť.

Pretečenie

Potom sa nádoba odvezie do tavby, strecha pece sa otvorí a materiál sa do nej naloží. Prenos je jednou z najnebezpečnejších operácií pre operátorov. Veľa potenciálnej energie sa uvoľňuje tonami padajúceho kovu. Akákoľvek tekutá hmota v peci je často vytláčaná a vytláčaná pevným šrotom a mastnotou. Prach na kove sa vznieti, ak je rúra horúca, čo spôsobí výbuch ohnivej gule.

V niektorých dvojplášťových zariadeniach sa šrot vkladá do druhého, kým sa prvý roztaví, a predhrieva sa výfukovými plynmi z aktívnej časti. Ďalšie operácie sú: nepretržité nakladanie a práca s teplotou na dopravnom páse, ktorý následne vykladá kov do samotnej pece. Iné zariadenia sa môžu spustiťhorúca látka z iných operácií.

Napätie

Po nabití sa strecha nakloní dozadu nad pec a začne sa tavenie. Elektródy sa spustia na kovový šrot, vytvorí sa oblúk a potom sa nastavia tak, aby sa rozprestierali vo vrstve strúhanky na vrchu zariadenia. Pre túto operáciu sú zvolené nízke napätia na ochranu strechy a stien pred nadmerným teplom a poškodením elektrickým oblúkom.

Akonáhle elektródy dosiahnu ťažkú taveninu v spodnej časti pece a vlny sú tienené páčidlom, možno zvýšiť napätie a elektródy mierne zvýšiť, čím sa predĺži a zvýši výkon taveniny. To umožňuje, aby sa roztavený bazén vytvoril rýchlejšie, čím sa skrátil čas odpichu.

Kyslík je vháňaný do kovového šrotu pri spaľovaní alebo rezaní ocele a dodatočné chemické teplo je poskytované nástennými horákmi. Oba procesy urýchľujú tavenie látky. Nadzvukové trysky umožňujú prúdom kyslíka preniknúť do peniacej sa trosky a dostať sa do kúpeľa s kvapalinou.

Oxidácia nečistôt

Dôležitou súčasťou výroby ocele je tvorba trosky, ktorá pláva na povrchu roztavenej ocele. Zvyčajne sa skladá z oxidov kovov a funguje aj ako miesto na zber zoxidovaných nečistôt, ako tepelná prikrývka (zastavuje nadmerné tepelné straty) a tiež pomáha znižovať eróziu žiaruvzdornej výmurovky.

Pre pec so základnými žiaruvzdornými materiálmi na výrobu uhlíkovej ocele sú bežnými troskotvornými látkami oxid vápenatý (CaO vo forme kalcinovanéhovápno) a horčík (MgO vo forme dolomitu a magnezitu). Tieto látky sa buď plnia šrotom, alebo sa fúkajú do pece počas tavenia.

Ďalšou dôležitou zložkou je oxid železa, ktorý vzniká pri spaľovaní ocele so zavedeným kyslíkom. Neskôr, keď sa zahrieva, sa do tejto vrstvy vstrekuje uhlík (vo forme uhlia), ktorý reaguje s oxidom železa za vzniku kovu a oxidu uhoľnatého. To vedie k peneniu trosky, čo vedie k vyššej tepelnej účinnosti. Povlak zabraňuje poškodeniu strechy a bočných stien rúry sálavým teplom.

Spaľovanie nečistôt

Po úplnom roztavení kovového šrotu a dosiahnutí plochého bazéna možno do pece vložiť ďalšie vedro. Po úplnom roztavení druhej vsádzky sa vykonajú rafinačné operácie na kontrolu a úpravu chemického zloženia ocele a prehriatie taveniny nad jej bod mrazu v rámci prípravy na odpich. Zavedie sa viac troskotvorných látok a do kúpeľa sa dostane veľa kyslíka, ktorý spaľuje nečistoty ako kremík, síra, fosfor, hliník, mangán a vápnik a odstraňuje ich oxidy do trosky.

K odstráneniu uhlíka dochádza po prvom vyhorení týchto prvkov, pretože sú viac podobné kyslíku. Kovy, ktoré majú nižšiu afinitu ako železo, ako je nikel a meď, sa nedajú odstrániť oxidáciou a musia byť kontrolované iba chémiou. Ide napríklad o vyššie spomínané zavedenie priamo redukovaného železa a liatiny.

Spenená troskapretrváva po celú dobu a často pretečie pec, aby pretiekla z dvierok do zamýšľanej jamy. Meranie teploty a výber chemikálií sa vykonáva pomocou automatických oštepov. Kyslík a uhlík je možné merať mechanicky pomocou špeciálnych sond, ktoré sú ponorené do ocele.

Výrobné výhody

Pomocou riadiaceho systému pre oblúkové pece na tavenie ocele je možné vyrábať oceľ zo 100% suroviny - kovového šrotu. To výrazne znižuje energiu potrebnú na výrobu látky v porovnaní s primárnou výrobou z rúd.

Ďalšou výhodou je flexibilita: zatiaľ čo vysoké pece sa nemôžu výrazne meniť a môžu fungovať roky, túto je možné spustiť a vypnúť rýchlo. To umožňuje oceliarni meniť výrobu na základe dopytu.

Typická oblúková oceľová pec je zdrojom ocele pre mini mlyn, ktorý dokáže vyrábať tyčový alebo pásový produkt. Mini-huty sa môžu nachádzať relatívne blízko trhov s oceľou a požiadavky na dopravu sú menšie ako v prípade integrovaného závodu, ktorý sa zvyčajne nachádza blízko pobrežia, aby bol prístup lodnou dopravou.

Zariadenie pre oblúkovú oceľ

Schémický prierez predstavuje elektródu, ktorá sa zdvíha a spúšťa pomocou ozubeného prevodu s pastorkom. Povrch je obložený žiaruvzdornými tehlami a spodný obklad. Dvere umožňujú prístup do interiéručasti zariadenia. Telo rúry spočíva na vahadlách, aby sa dalo nakloniť na poklepanie.