Arc steel furnace: device, operating principle, power, control system

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Ang steel arc furnace (EAF) ay isang device na nagpapainit ng materyal sa pamamagitan ng electrical bending.

Ang mga pang-industriyang appliances ay may iba't ibang laki mula sa maliliit na unit, humigit-kumulang isang toneladang lakas (ginagamit sa mga pandayan para gumawa ng mga produktong cast iron) hanggang 400 unit bawat tonelada, na ginagamit para sa pag-recycle ng bakal. Ang mga arc steel furnace, EAF, na ginagamit sa mga laboratoryo ng pananaliksik ay maaaring may kapasidad na ilang sampung gramo lamang. Ang temperatura ng mga pang-industriyang device ay maaaring umabot sa 1800 °C (3272 °F), habang ang mga pag-install ng laboratoryo ay lumampas sa 3000 °C (5432 °F).

Ang mga arc steel furnace (EAF) ay naiiba sa mga induction furnace dahil ang materyal na nilo-load ay direktang sumasailalim sa electrical bending, at ang agos sa mga terminal ay dumadaan sa naka-charge na materyal.

Construction

Arc steel furnace ay ginagamit para sa paggawa ng bakal at binubuo ng isang refractory vessel. Pangunahing nahahati sa tatlong seksyon:

• Shell, na binubuo ng mga dingding sa gilid at bakal sa ilalimmga mangkok.
• Pallet na gawa sa refractory material.
• Bubong. Ito ay maaaring may heat-resistant lining o water-cooled. At ito ay ginawa din sa anyo ng isang bola o isang pinutol na kono (conical section). Sinusuportahan din ng bubong ang isang refractory delta sa gitna nito kung saan pumapasok ang isa o higit pang mga graphite electrodes.

Mga indibidwal na item

Maaaring may hemispherical na hugis ang apuyan at kailangan ito sa isang sira-sirang furnace para sa pag-tap sa ibaba. Sa modernong mga pagawaan, ang arc steel furnace - EAF 5 - ay madalas na nakataas sa itaas ng ground floor upang ang mga ladle at slag pots ay madaling mamaniobra sa ilalim ng magkabilang dulo. Hiwalay sa istruktura ang electrode support at electrical system, gayundin ang inclined platform kung saan nakatayo ang instrument.

Natatanging tool

Ang isang karaniwang EAF 3 steel-smelting arc furnace ay pinapagana ng isang three-phase source at samakatuwid ay may tatlong electrodes. Mayroon silang bilog na seksyon at, bilang panuntunan, mga segment na may mga sinulid na koneksyon, upang habang nagsusuot ang mga ito, maaaring magdagdag ng mga bagong elemento.

Ang arko ay nabuo sa pagitan ng naka-charge na materyal at ng electrode. Ang singil ay pinainit pareho ng kasalukuyang dumadaan dito at ng radiated na enerhiya na inilabas ng alon. Ang temperatura ay umabot sa humigit-kumulang 3000 °C (5000 °F), na nagiging sanhi ng mas mababang mga seksyon ng mga electrodes na kumikinang na parang mga incandescent lamp kapag gumagana ang arc furnace.

Ang mga elemento ay awtomatikong itinataas at ibinababa ng isang positioning system na maaaring gumamit ng anumang electricwinch, hoists o hydraulic cylinders. Ang regulasyon ay nagpapanatili ng humigit-kumulang pare-pareho ang kasalukuyang. Ano ang konsumo ng kuryente ng isang arc furnace? Ito ay pinananatiling pare-pareho sa panahon ng pagtunaw ng singil, kahit na ang scrap ay maaaring gumalaw sa ilalim ng mga electrodes habang ito ay natutunaw. Ang mga mast sleeve na may hawak sa elemento ay maaaring magdala ng mabibigat na busbar (na maaaring pinalamig ng tubig na mga hollow copper tube na nagsu-supply ng current sa mga clamp) o "hot sleeves" kung saan ang buong tuktok ay nagdadala ng charge, na nagpapataas ng kahusayan.

Ang huling uri ay maaaring gawa sa copper plated steel o aluminum. Ang malalaking water-cooled na cable ay nagkokonekta sa mga busbar o bracket sa isang transpormer na matatagpuan sa tabi ng oven. Ang isang katulad na tool ay naka-install sa storage at pinalamig ng tubig.

Pag-tap at iba pang operasyon

Ang EAF 50 steel arc furnace ay itinayo sa isang inclined platform para maibuhos ang likidong bakal sa isa pang lalagyan para sa transportasyon. Ang pagkiling na operasyon upang ilipat ang tinunaw na bakal ay tinatawag na pagtapik. Sa una, ang lahat ng steel-making vault ng arc furnace ay may discharge chute na natatakpan ng refractory, na nahugasan kapag ito ay tumagilid.

Ngunit kadalasan ang modernong kagamitan ay may sira-sira na bottom outlet valve (EBT) upang bawasan ang pagsasama ng nitrogen at slag sa likidong bakal. Ang mga oven na ito ay may butas na patayo na tumatakbo sa apuyan at shell at nasa labas ng gitna sa isang makitid na hugis-itlog na "spout". Napuno namatigas na buhangin.

Maaaring may dalawang shell ang mga modernong halaman na may isang set ng mga electrodes na ipinapasa sa pagitan ng mga ito. Ang unang bahagi ay nagpapainit sa scrap, habang ang isa ay ginagamit para sa pagtunaw. Ang ibang DC furnace ay may katulad na layout ngunit may mga electrodes para sa bawat sheath at isang set ng electronics.

Mga elemento ng oxygen

Ang mga AC furnace ay karaniwang may pattern ng mainit at malamig na mga spot sa kahabaan ng perimeter ng hearth, na matatagpuan sa pagitan ng mga electrodes. Sa mga modernong, ang mga oxy-fuel burner ay naka-install sa gilid ng dingding. Ginagamit ang mga ito upang magbigay ng enerhiya ng kemikal sa mga minus na zone, na ginagawang mas pare-pareho ang pag-init ng bakal. Ang karagdagang kapangyarihan ay ibinibigay sa pamamagitan ng pagbibigay ng oxygen at carbon sa furnace. Sa kasaysayan, ito ay ginawa gamit ang mga spears (mild steel hollow tubes) sa slag door, ngayon ito ay kadalasang ginagawa gamit ang wall mounted injection units na pinagsasama ang mga oxy-fuel burner at air supply system sa isang sisidlan.

Ang isang modernong medium-sized na steel furnace ay may transformer na may rating na humigit-kumulang 60,000,000 volt-amps (60 MVA), na may pangalawang boltahe na 400 hanggang 900 at isang kasalukuyang lampas sa 44,000. Sa isang modernong tindahan, tulad ng isang ang furnace ay inaasahang makakagawa ng 80 metrikong tonelada ng likidong bakal sa loob ng humigit-kumulang 50 minuto mula sa malamig na pag-load ng scrap hanggang sa pag-tap.

Sa paghahambing, ang mga pangunahing oxygen furnace ay maaaring magkaroon ng kapasidad na 150-300 tonelada bawat batch o "magpainit" at makabuo ng init sa loob ng 30-40 minuto. Mayroong malaking pagkakaiba sa mga detalye ng disenyo at operasyon ng pugon,depende sa panghuling produkto at mga lokal na kondisyon, pati na rin sa patuloy na pagsasaliksik para mapahusay ang kahusayan ng halaman.

Ang pinakamalaking scrap-only (sa mga tuntunin ng tap weight at transformer rating) ay isang DC device na na-export mula sa Japan na may tap weight na 420 metric tons at pinapakain ng walong 32 MVA transformer para sa kabuuang lakas na 256 MBA.

Aabutin ng humigit-kumulang 400 kilowatt-hours upang makagawa ng isang toneladang bakal sa isang electric arc furnace, o humigit-kumulang 440 kWh bawat sukatan. Ang teoretikal na minimum na enerhiya na kinakailangan upang matunaw ang scrap steel ay 300 kWh (melting point 1520 °C / 2768 °F). Samakatuwid, ang 300-toneladang EAF na may lakas na 300 MVA ay mangangailangan ng humigit-kumulang 132 MWh ng enerhiya, at ang oras ng pag-on ay humigit-kumulang 37 minuto.

Ang paggawa ng bakal gamit ang isang electric arc ay matipid lamang kung mayroong sapat na kuryente na may mahusay na binuo na network. Sa maraming lugar, ang mga mill ay nagpapatakbo sa mga oras na wala sa peak kapag ang mga utility ay may labis na kapasidad sa produksyon at ang presyo sa bawat metro ay mas mababa.

Operation

Ang arc steel furnace ay nagbubuhos ng bakal sa isang maliit na ladle machine. Ang scrap metal ay inihahatid sa isang recess na matatagpuan sa tabi ng smelter. Ang mga scrap ay may posibilidad na dumating sa dalawang pangunahing uri: scrap (mga puting kalakal, mga kotse at iba pang mga bagay na ginawa mula sa katuladmagaan na bakal) at mabigat na natutunaw (malalaking slab at beam), pati na rin ang ilang direct reduced iron (DRI) o pig iron para sa balanse ng kemikal. Halos 100% DRI ang natutunaw ng magkakahiwalay na furnace.

Susunod na hakbang

Ang scrap ay nilalagay sa malalaking timba, na tinatawag na mga basket, na may mga clamshell na pinto para sa base. Ang pag-iingat ay dapat gawin upang matiyak na ang scrap ay nasa basket upang matiyak ang mahusay na operasyon ng pugon. Ang isang malakas na pagtunaw ay inilalagay sa itaas na may isang magaan na layer ng isang proteksiyon na gutay-gutay, sa ibabaw ng kung saan ang isa pang bahagi ay namamalagi. Ang lahat ng mga ito ay dapat na naroroon sa oven pagkatapos mag-load. Sa oras na ito, ang basket ay maaaring lumipat sa scrap preheater, na gumagamit ng mga mainit, off-gase ng smelter upang mabawi ang enerhiya, na magpapahusay sa kahusayan.

Overflow

Pagkatapos ang sisidlan ay dadalhin sa smelting shop, ang bubong ng hurno ay binuksan at ang materyal ay ikinarga dito. Ang paglilipat ay isa sa mga pinaka-mapanganib na operasyon para sa mga operator. Maraming potensyal na enerhiya ang inilalabas ng toneladang bumabagsak na metal. Anumang likidong bagay sa hurno ay kadalasang itinutulak pataas at palabas ng solidong scrap at grasa. Ang alikabok sa metal ay nagniningas kung ang oven ay mainit, na nagiging sanhi ng isang bolang apoy na pumutok.

Sa ilang double-shell device, nilo-load ang scrap sa pangalawa habang ang una ay natutunaw, at pinainit ng exhaust gas mula sa aktibong bahagi. Ang iba pang mga operasyon ay: tuloy-tuloy na paglo-load at pagtatrabaho nang may temperatura sa isang conveyor belt, na pagkatapos ay ibinababa ang metal sa pugon mismo. Maaaring mag-boot ang ibang mga devicemainit na substance mula sa iba pang operasyon.

Voltage

Pagkatapos mag-charge, sumasandal ang bubong sa ibabaw ng furnace at magsisimula ang pagkatunaw. Ang mga electrodes ay ibinababa sa scrap metal, isang arko ay nilikha, at pagkatapos ay itinakda ang mga ito upang kumalat sila sa layer ng mumo sa tuktok ng aparato. Ang mga mababang boltahe ay pinili para sa operasyong ito upang maprotektahan ang bubong at mga dingding mula sa sobrang init at pagkasira ng arko.

Kapag naabot na ng mga electrodes ang mabigat na pagkatunaw sa base ng furnace at ang mga alon ay natatakpan ng crowbar, maaaring tumaas ang boltahe at bahagyang tumaas ang mga electrodes, nagpapahaba at tumataas ang kapangyarihan para sa pagkatunaw. Nagbibigay-daan ito sa molten pool na mabuo nang mas mabilis, na binabawasan ang tap-off time.

Ang oxygen ay hinihipan sa scrap metal, nasusunog o nagputol ng bakal, at ang karagdagang kemikal na init ay ibinibigay ng mga wall burner. Ang parehong mga proseso ay nagpapabilis sa pagkatunaw ng sangkap. Ang mga supersonic na nozzle ay nagbibigay-daan sa mga oxygen jet na tumagos sa bumubula na slag at umabot sa likidong paliguan.

Oxidation of impurities

Ang mahalagang bahagi ng paggawa ng bakal ay ang pagbuo ng slag na lumulutang sa ibabaw ng tinunaw na bakal. Karaniwan itong binubuo ng mga metal oxide at nagsisilbi ring isang lugar upang mangolekta ng mga na-oxidized na impurities, bilang isang thermal blanket (pinitigil ang labis na pagkawala ng init) at nakakatulong din upang mabawasan ang erosion ng refractory lining.

Para sa isang furnace na may mga pangunahing refractory na gumagawa ng carbon steel, ang karaniwang mga slag form ay calcium oxide (CaO sa anyo ng calcineddayap) at magnesiyo (MgO sa anyo ng dolomite at magnesite.). Ang mga sangkap na ito ay maaaring nilagyan ng scrap o hinihipan sa furnace habang natutunaw.

Ang isa pang mahalagang bahagi ay ang iron oxide, na nabuo kapag ang bakal ay sinunog na may oxygen na ipinapasok. Nang maglaon, kapag pinainit, ang carbon (sa anyo ng karbon) ay iniksyon sa layer na ito, na tumutugon sa iron oxide upang bumuo ng metal at carbon monoxide. Nagreresulta ito sa pagbubula ng slag, na nagreresulta sa higit na kahusayan sa thermal. Pinipigilan ng coating ang pagkasira ng bubong at mga dingding sa gilid ng oven mula sa nagniningning na init.

Pagsunog ng mga dumi

Kapag ganap na natunaw ang scrap metal at naabot ang isang patag na pool, isa pang balde ang maaaring i-load sa furnace. Matapos ganap na matunaw ang pangalawang singil, ang mga operasyon sa pagpino ay isinasagawa upang suriin at itama ang kemikal na komposisyon ng bakal at painitin ang pagkatunaw sa itaas ng punto ng pagyeyelo nito bilang paghahanda para sa pagtapik. Mas maraming mga slag form ang ipinapasok at maraming oxygen ang pumapasok sa paliguan, nasusunog ang mga dumi gaya ng silicon, sulfur, phosphorus, aluminum, manganese at calcium, at inaalis ang kanilang mga oxide sa slag.

Ang pag-aalis ng carbon ay nangyayari pagkatapos masunog muna ang mga elementong ito, dahil mas katulad ang mga ito sa oxygen. Ang mga metal na may mas mababang affinity kaysa sa iron, tulad ng nickel at copper, ay hindi maaaring alisin sa pamamagitan ng oksihenasyon at dapat lamang kontrolin sa pamamagitan ng chemistry. Ito ay, halimbawa, ang pagpapakilala ng direct reduced iron at cast iron na binanggit kanina.

Mabula na slagnagpapatuloy sa kabuuan at madalas na umaapaw sa oven upang umapaw mula sa pinto patungo sa nilalayong hukay. Ang pagsukat ng temperatura at pagpili ng kemikal ay isinasagawa gamit ang mga awtomatikong sibat. Ang oxygen at carbon ay maaaring masukat nang mekanikal gamit ang mga espesyal na probe na nakalubog sa bakal.

Mga Benepisyo sa Produksyon

Paggamit ng control system para sa steel-smelting arc furnaces, posibleng makagawa ng bakal mula sa 100% raw material - scrap metal. Lubos nitong binabawasan ang enerhiya na kinakailangan para makagawa ng substance, kumpara sa pangunahing produksyon mula sa ores.

Ang isa pang benepisyo ay ang flexibility: habang ang mga blast furnace ay hindi maaaring mag-iba nang malaki at maaaring tumakbo nang maraming taon, ang isang ito ay maaaring simulan at isara nang mabilis. Nagbibigay-daan ito sa steel mill na mag-iba-iba ang produksyon batay sa demand.

Ang karaniwang arc steel furnace ay ang pinagmumulan ng bakal para sa mini mill, na maaaring makagawa ng bar o strip na produkto. Matatagpuan ang mga mini-smelter na medyo malapit sa mga pamilihan ng bakal at ang mga kinakailangan sa transportasyon ay mas mababa kaysa sa pinagsamang planta, na kadalasang matatagpuan malapit sa baybayin para sa access sa pagpapadala.

Arc Steel Furnace Device

Ang schematic cross section ay isang electrode na itinataas at ibinababa ng isang rack at pinion drive. Ang ibabaw ay may linya na may refractory brick at ilalim na cladding. Ang pinto ay nagbibigay-daan sa pag-access sa loobmga bahagi ng device. Ang katawan ng hurno ay nakapatong sa mga rocker arm upang ito ay tumagilid para sa pag-tap.