Електродъгова пещ: дизайн, принцип на работа, мощност, система за управление

Дъговата пещ за производство на стомана (EAF) е устройство, което нагрява материала чрез електрическо огъване.

Промишлените агрегати варират по размер от малки агрегати с капацитет около един тон (използвани в леярни за производство на продукти от чугун) до около 400 единици на тон, използвани при вторичното производство на стомана. Дъговите пещи, CPB, използвани в изследователските лаборатории, могат да имат капацитет от само няколко десетки грама. Промишлените агрегати могат да достигнат температури до 1800 °C (3272 °F), а лабораторните агрегати - над 3000 °C (5432 °F).

Дъговите пещи (EAF) се различават от индукционните пещи по това, че зареденият материал е директно изложен на електрическото огъване, докато токът преминава през заредения материал в клемите.

Строителство

Стоманената електродъгова пещ се използва за производство на стомана и се състои от огнеупорен съд. Основно е разделен на три раздела:

• Корпусът, който се състои от страничните стени и долните стоманени "чаши.
• Тиганът, който е изработен от огнеупорен материал.
• Покривът. То може да бъде с топлинна облицовка или с водно охлаждане. Той може да бъде и под формата на топка или пресечен конус (конично сечение). Покривът също така поддържа огнеупорна делта в центъра си, през която влизат един или повече графитни електроди.

Отделни елементи

Огнището може да бъде с полусферична форма и е необходимо в ексцентрична пещ, за да може да се надуе дъното. В съвременните стоманодобивни заводи дъговата пещ - CPB 5 - често е издигната над нивото на земята, така че кофите и съдовете за шлака да могат лесно да се маневрират под двата края. Отделно от конструкцията са разположени електродната опора и електрическата система, както и наклонената платформа, върху която почива инструментът.

Уникален инструмент

Типичната дъгова пещ за производство на стомана DSP 3 се захранва от трифазен източник и следователно има три електрода. Има кръгли секции и обикновено се завинтват сегменти, така че да могат да се добавят нови елементи при износване.

Образува се дъга между заредения материал и електрода. Зарядът се нагрява както от протичащия през него ток, така и от енергията, излъчвана от вълната. Температурите достигат около 3000 °C (5000 °F), което кара долните части на електродите да светят по време на работа на дъговата стоманена пещ.

Клетките се повдигат и спускат автоматично от система за позициониране, която може да използва електрическа лебедка, подемници или хидравлични цилиндри. Регулирането поддържа приблизително постоянен ток. А каква енергия се консумира от дъговата пещ за производство на стомана?? Тя се запазва постоянна по време на топенето на заряда, въпреки че при топенето скрапът може да се движи под електродите. Рамената на мачтата, които държат елемента, могат да носят или тежки пръти (които могат да бъдат кухи медни тръби с водно охлаждане, които подават ток към скобите), или "горещи маркучи", при които цялата горна част носи заряда, което увеличава ефективността.

Последните могат да бъдат изработени от стомана или алуминий с медно покритие. Големи кабели с водно охлаждане свързват шините или скобите с трансформатор, разположен в близост до пещта. Този тип инструменти се монтират в хранилище и се охлаждат с вода.

Подслушване и други операции

Дъговата пещ за производство на стомана DSP 50 е изградена върху наклонена платформа, така че течната стомана да може да се излива в друг съд за транспортиране. Операцията на накланяне за пренасяне на разтопената стомана се нарича подслушване. Първоначално всички хранилища на дъговите пещи са имали улей за изхвърляне, покрит с огнеупор, който се е измивал при накланяне на дъговата пещ.

Често обаче съвременното оборудване има ексцентричен дънен изход (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 се намира извън центъра в тесен "чучур" с форма на яйце. Напълнена е с огнеупорен пясък.

Съвременните инсталации могат да имат два корпуса с един комплект електроди, прехвърлени между тях. Едната част нагрява скрапа, а другата се използва за разтопяване. Други пещи, работещи с постоянен ток, имат подобна схема, но имат електроди за всяка обвивка и един комплект електроника.

Кислородни клетки

Пещите с променлив ток обикновено имат модел от горещи и студени точки по периферията на огнището между електродите. Съвременните оксиженни горелки са монтирани в страничната стена. Те се използват да доставя химическа енергия в минусовите зони, което прави нагряването на стоманата по-равномерно. Допълнителна мощност се осигурява чрез подаване на кислород и въглерод в пещта. В миналото това се е извършвало с помощта на ланци (кухи тръби от мека стомана) в шлаковата врата, а в днешно време се извършва главно с помощта на стенни инжекционни устройства, които съчетават кислородно-горивни горелки и системи за подаване на въздух в един съд.

Една съвременна средно голяма пещ за производство на стомана има трансформатор с номинална мощност около 60 000 000 волта ампера (60 MVA), с вторично напрежение от 400 до 900 и ток над 44 000. В един модерен цех такава пещ се очаква да произведе 80 метрични тона течна стомана за около 50 минути от зареждането на студения скрап до освобождаването.

За сравнение, основните кислородни пещи могат да имат капацитет от 150-300 тона на партида или да се "загряват" и да произвеждат топлина в продължение на 30-40 минути. Съществуват огромни различия в детайлите на проектирането и експлоатацията на пещите в зависимост от крайния продукт и местните условия, както и от научните изследвания, провеждани с цел подобряване на ефективността на инсталацията.

Най-големият, само за скрап (по отношение на теглото на крана и мощността на трансформатора), е изнесеният от Япония агрегат за постоянен ток с тегло на крана 420 метрични тона и захранван от осем трансформатора 32 MVA с общ капацитет 256 MVA.

За производството на един тон стомана в електродъгова пещ са необходими приблизително 400 киловатчаса на късо, или около 440 kWh на метрична. Теоретично минимално количество енергия, необходими за топене на стоманен скрап - 300 kWh (температура на топене 1520 °C / 2768 °F). Следователно за 300MWh EDP ще са необходими около 132MWh енергия, а времето за включване ще е около 37 минути.

Производството на стомана с помощта на електрическа дъга е икономически жизнеспособно само при наличие на достатъчно електричество с добре развита мрежа. На много места мелниците работят в часовете извън пиковия период, когато комуналните услуги имат излишен производствен капацитет и цената на електромера е по-ниска.

Операция

Стоманената електродъгова пещ излива стомана в малък котел. Металните отпадъци се доставят в яма в близост до металургичния завод. Обикновено скрапът е в две основни разновидности: скрап (бяла техника, автомобили и други предмети, изработени от подобна лека стомана) и тежка стопилка (големи плочи и греди), както и известно количество желязо за директна редукция (DRI) или чугун за химически баланс. Отделни пещи топят почти 100% DRI.

Следващата стъпка е

Скрапът се товари в големи кофи, наречени кошове, с вратички за основата. Трябва да се внимава за поддържането на скрап в контейнера, за да се осигури добра работа на пещта. Силната стопилка се полага отгоре с лек слой защитни отпадъци, върху който се полага още малко. Всички те трябва да са налични в пещта след зареждане. В този момент контейнерът може да се премести в подгревателя за скрап, който използва горещите отпадни газове от инсталацията за топене и възстановяване на енергията, като повишава ефективността.

Преливане

След това съдът се пренася в цеха за топене, покривът на пещта се накланя и материалът се зарежда в пещта. Прехранването е една от най-опасните операции за операторите. Много потенциална енергия се освобождава от тоновете падащ метал. Всяка течна субстанция в пещта често се измества от твърди отпадъци и мазнини нагоре и навън. Прахът върху метала се запалва, ако пещта е гореща, което води до експлозия на огнено кълбо.

При някои двукорпусни пещи скрапът се зарежда във втората, докато първата се топи и се загрява от отработените газове от активната част. Други операции са непрекъснатото зареждане и температурните операции на конвейерната лента, която след това разтоварва метала в самата пещ. Други единици могат да бъдат натоварени с горещ материал от други операции.

Напрежение

След зареждането покривът се окачва над пещта и започва топенето. Електродите се спускат върху металния скрап, създава се дъга и след това електродите се поставят така, че да се разпръснат в слой от трохи в горната част на устройството. За тази операция се избират ниски напрежения, за да се предпазят покривът и стените от прекомерна топлина и увреждане от дъга.

След като електродите достигнат до тежката стопилка в основата на пещта и вълните са екранирани от скрап, напрежението може да се увеличи и електродите да се повдигнат леко, като се разшири и увеличи мощността на стопилката. Това позволява разтопената вана да се формира по-бързо, като се намалява времето за подготовка на изхода.

Кислородът се вдухва в скрап, изгоряла или нарязана стомана, а допълнителна химическа топлина се осигурява от стенни горелки. И двата процеса ускоряват топенето на материала. Свръхзвуковите дюзи позволяват на кислородните струи да проникнат през разпенената шлака и да достигнат до басейна с течност.

Окисление на примеси

Важна част от производството на стомана е образуването на шлака, която плува по повърхността на разтопената стомана. Обикновено се състои от метални оксиди и действа като места за събиране на окислени примеси, като топлинно одеяло (спиращо прекомерните топлинни загуби), а също така спомага за намаляване на ерозията на огнеупорната облицовка.

За основна огнеупорна пещ, произвеждаща въглеродна стомана, обичайните шлакообразуватели са калциев оксид (CaO под формата на негасена вар) и магнезиев оксид (MgO под формата на доломит и магнезит).). Тези вещества се добавят към скрапа или се вдухват в пещта по време на топенето.

Друг важен компонент е железният оксид, образуван при изгарянето на стомана с впръскан кислород. Впоследствие при нагряване в този слой се впръсква въглерод (под формата на въглерод във въглерода), който реагира с железния оксид, за да образува метал и въглероден оксид. Това води до разпенване на шлаката и до висока топлинна ефективност. Капакът предотвратява увреждането на покрива и страничните стени на пещта от лъчиста топлина.

Изгаряне на примеси

След като металните отпадъци се разтопят напълно и се получи плосък басейн, в пещта може да се зареди друга кофа. След като вторият заряд е напълно разтопен, се извършват операции по рафиниране да проверявате и коригиране на химическия състав на стоманата и прегряване на стопилката над точката на замръзване при подготовката ѝ за освобождаване. Въвеждат се още шлакообразуващи агенти и във ваната се впръсква много кислород, който изгаря примеси като силиций, сяра, фосфор, алуминий, манган и калций и отстранява техните оксиди в шлаката.

Въглеродът се отстранява, след като тези елементи са изгорели първи, тъй като те имат по-голям афинитет към кислорода. Металите, които имат по-нисък афинитет от желязото, като никел и мед, не могат да бъдат отстранени чрез окисление и трябва да бъдат контролирани само чрез химикали. Това е например въвеждането на желязо с директно намаляване и чугун.

Пенестата шлака се съхранява навсякъде и често прелива от пещта, за да се излее през вратата в предназначената за целта яма. Измерването на температурата и изборът на химикали се извършват с помощта на автоматични репликатори. Кислородът и въглеродът могат да се измерват механично със специални сонди, които се потапят в стоманата.

Предимства за производството

Използването на система за управление на електродъгова пещ позволява производството на стомана от 100% суровина - скрап. Това значително намалява енергията, необходима за производството на веществото, в сравнение с първичното производство от руди.

Друго предимство е гъвкавостта: в същото време като доменна пещ Работата на пещта не се променя значително и може да работи няколко години; тя може да се пуска и спира бързо. Това позволява на стоманодобивния завод да променя производството в зависимост от търсенето.

Една типична дъгова пещ за производство на стомана е източник на стомана за мини мелница, която може да произвежда продукт от пръти или ленти. Мини-заводите могат да бъдат разположени сравнително близо до пазарите на стоманени продукти, а изискванията за транспорт са по-малки, отколкото при интегрираните заводи, които обикновено са разположени близо до брега, за да имат достъп до превоза.

Дъгова пещ за производство на стомана: устройство

Схематично напречно сечение на електрода, който се повдига и спуска с помощта на зъбно колело. Повърхността е облицована с огнеупорни тухли, а дъното - с. Вратата позволява достъп до вътрешността на устройството. Корпусът на пещта е подпрян на греди, така че да може да се накланя за подслушване.