Lysbuestålovn: enhet, driftsprinsipp, kraft, kontrollsystem

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

En stålbueovn (EAF) er en enhet som varmer opp materiale ved elektrisk bøyning.

Industrielle apparater varierer i størrelse fra små enheter, omtrent ett tonn kraft (brukt i støperier for å lage støpejernsprodukter) til 400 enheter per tonn, brukt til gjenvinning av stål. Lysbuestålovner, EAF, som brukes i forskningslaboratorier kan ha en kapasitet på bare noen få titalls gram. Temperaturen til industrielle enheter kan nå 1800 °C (3272 °F), mens laboratorieinstallasjoner overstiger 3000 °C (5432 °F).

Arc steel furnaces (EAFs) skiller seg fra induksjonsovner ved at materialet som belastes blir direkte utsatt for elektrisk bøyning, og strømmen ved terminalene går gjennom det ladede materialet.

Construction

Buestålovn brukes til stålproduksjon og er sammensatt av et ildfast kar. Hovedsakelig delt inn i tre seksjoner:

• Skall, som består av sidevegger og bunnstålboller.
• Pall som er laget av ildfast materiale.
• Tak. Det kan være med varmebestandig fôr eller vannkjølt. Og den er også laget i form av en ball eller en avkortet kjegle (konisk seksjon). Taket støtter også et ildfast delta i midten som en eller flere grafittelektroder kommer inn gjennom.

Enkeltvarer

Ildstedet kan ha en halvkuleformet form og trengs i en eksentrisk ovn for å tappe bunnen. I moderne verksteder er lysbuestålovnen - EAF 5 - ofte hevet over første etasje slik at øser og slaggpotter lett kan manøvreres under hver ende. Adskilt fra strukturen er elektrodestøtten og det elektriske systemet, samt den skrå plattformen som instrumentet står på.

Unikt verktøy

En typisk EAF 3 lysbueovn for stålsmelting drives av en trefasekilde og har derfor tre elektroder. De har en rund seksjon og som regel segmenter med gjengeforbindelser, slik at nye elementer kan legges til etter hvert som de slites.

Buen dannes mellom det ladede materialet og elektroden. Ladningen varmes opp både av strømmen som går gjennom den og av den utstrålte energien som frigjøres av bølgen. Temperaturen når omtrent 3000 °C (5000 °F), noe som får de nedre delene av elektrodene til å gløde som glødelamper når lysbueovnen er i drift.

Elementer heves og senkes automatisk av et posisjoneringssystem som kan bruke hvilken som helst elektriskvinsj, taljer eller hydrauliske sylindre. Reguleringen holder en tilnærmet konstant strøm. Hva er strømforbruket til en lysbueovn? Den holdes konstant under ladningssmelting, selv om skrapet kan bevege seg under elektrodene når det smelter. Masthylsene som holder elementet kan enten bære tunge samleskinner (som kan være vannkjølte hule kobberrør som leverer strøm til klemmene) eller "hot sleeves" hvor hele toppen bærer ladningen, noe som øker effektiviteten.

Sistnevnte type kan være laget av kobberbelagt stål eller aluminium. Store vannkjølte kabler kobler samleskinner eller braketter til en transformator plassert ved siden av ovnen. Et lignende verktøy installeres på lager og avkjøles med vann.

Tapping og andre operasjoner

EAF 50 stålbueovn er bygget på en skrå plattform slik at flytende stål kan helles i en annen beholder for transport. Vippeoperasjonen for å overføre smeltet stål kalles tapping. Til å begynne med hadde alle stålproduserende hvelv i lysbueovnen en utløpsrenne dekket med ildfast materiale, som ble vasket ut når den ble vippet.

Men ofte har moderne utstyr en eksentrisk bunnutløpsventil (EBT) for å redusere inkorporeringen av nitrogen og slagg i det flytende stålet. Disse ovnene har en åpning som går vertik alt gjennom ildstedet og skallet og er utenfor midten i en smal eggformet "tut". Den er fyltildfast sand.

Moderne planter kan ha to skjell med ett sett elektroder som føres mellom dem. Den første delen varmer opp skrapet, mens den andre brukes til smelting. Andre likestrømsovner har en lignende layout, men har elektroder for hver kappe og ett sett med elektronikk.

oksygenelementer

AC-ovner har vanligvis et mønster av varme og kalde flekker langs omkretsen av ildstedet, plassert mellom elektrodene. I moderne er oxy-fuel-brennere installert i sideveggen. De brukes til å tilføre kjemisk energi til minussoner, noe som gjør oppvarmingen av stål mer jevn. Ytterligere kraft tilføres ved å tilføre oksygen og karbon til ovnen. Historisk ble dette gjort med spyd (hule stålrør) i slaggdøren, nå gjøres det mest med veggmonterte injeksjonsenheter som kombinerer oxy-fuel brennere og lufttilførselssystemer til ett fartøy.

En moderne mellomstor stålovn har en transformator vurdert til ca. 60 000 000 volt-ampere (60 MVA), med en sekundærspenning på 400 til 900 og en strøm på over 44 000. I en moderne butikk, f.eks. ovnen forventes å produsere 80 metriske tonn flytende stål på omtrent 50 minutter fra kald skraplasting til tapping.

Til sammenligning kan basiske oksygenovner ha en kapasitet på 150-300 tonn per batch eller "varme opp" og generere varme i 30-40 minutter. Det er store forskjeller i detaljene i ovnsdesign og drift,avhengig av sluttproduktet og lokale forhold, samt pågående forskning for å forbedre anleggets effektivitet.

Den største bare skrap (med tanke på tapvekt og transformatorvurdering) er en DC-enhet eksportert fra Japan med en tapvekt på 420 tonn og matet av åtte 32 MVA transformatorer for en total effekt på 256 MBA.

Det tar omtrent 400 kilowattimer å produsere et tonn stål i en lysbueovn, eller omtrent 440 kWh per metrikk. Den teoretiske minimumsenergien som kreves for å smelte skrapstål er 300 kWh (smeltepunkt 1520 °C / 2768 °F). Derfor vil en 300-tonns EAF med en effekt på 300 MVA kreve omtrent 132 MWh energi, og påslagstiden er omtrent 37 minutter.

Stålproduksjon ved bruk av lysbue er kun økonomisk lønnsomt hvis det er nok strøm med et godt utbygd nett. Mange steder opererer fabrikkene i lavtrafikken når forsyningsselskapene har overproduksjonskapasitet og prisen per meter er lavere.

Operation

Lbuestålovnen heller stål i en liten øsemaskin. Metallskrot leveres til en utsparing som ligger ved siden av smelteverket. Skrap har en tendens til å komme i to hovedvarianter: skrap (hvitevarer, biler og andre gjenstander laget av lignendelett stål) og tung smelte (store plater og bjelker), samt noe direkte redusert jern (DRI) eller råjern for kjemisk balanse. Separate ovner smelter nesten 100 % DRI.

Neste trinn

Skrapet er lastet i store bøtter, k alt kurver, med clamshell-dører for basen. Det må passes på at skrotet ligger i kurven for å sikre god drift av ovnen. En sterk smelte legges på toppen med et lett lag av en beskyttende strimler, på toppen av hvilken en annen del ligger. Alle må være tilstede i ovnen etter lasting. På dette tidspunktet kan kurven flytte inn i skrapforvarmeren, som bruker de varme avgassene fra smelteverket til å gjenvinne energi, noe som forbedrer effektiviteten.

Overflow

Deretter føres fartøyet til smelteverkstedet, taket på ovnen åpnes og materialet lastes inn i det. Overføring er en av de farligste operasjonene for operatører. Mye potensiell energi frigjøres av tonnevis med fallende metall. Eventuelle flytende stoffer i ovnen blir ofte presset opp og ut av fast skrap og fett. Støv på metall antennes hvis ovnen er varm, og får en ildkule til å bryte ut.

I noen dobbeltskall-enheter blir skrap lastet inn i den andre mens den første smelter, og forvarmes av eksosgassen fra den aktive delen. Andre operasjoner er: kontinuerlig lasting og arbeid med temperatur på et transportbånd, som deretter losser metallet inn i selve ovnen. Andre enheter kan starte oppvarmt stoff fra andre operasjoner.

Spenning

Etter lading lener taket seg tilbake over ovnen og smeltingen begynner. Elektrodene senkes ned på skrapmetallet, det lages en lysbue, og deretter settes de slik at de sprer seg i smulelaget på toppen av enheten. Lave spenninger velges for denne operasjonen for å beskytte taket og veggene mot overdreven varme og lysbueskader.

Når elektrodene har nådd den tunge smelten ved bunnen av ovnen og bølgene er skjermet av brekkjernet, kan spenningen økes og elektrodene heves litt, noe som forlenger og øker effekten til smelten. Dette gjør at det smeltede bassenget kan dannes raskere, noe som reduserer tap-off-tiden.

Oksygen blåses inn i skrapmetall, brennende eller skjærende stål, og ytterligere kjemisk varme leveres av veggbrennere. Begge prosessene akselererer smeltingen av stoffet. Supersoniske dyser lar oksygenstråler trenge inn i det skummende slagget og nå væskebadet.

Oksidasjon av urenheter

En viktig del av stålproduksjon er dannelsen av slagg som flyter på overflaten av det smeltede stålet. Det er vanligvis sammensatt av metalloksider og fungerer også som et sted for å samle oksiderte urenheter, som et termisk teppe (stopper for stort varmetap) og bidrar også til å redusere erosjon av den ildfaste foringen.

For en ovn med basiske ildfaste materialer som produserer karbonstål, er de vanlige slaggdannerne kalsiumoksid (CaO i form av kalsinertkalk) og magnesium (MgO i form av dolomitt og magnesitt.). Disse stoffene blir enten lastet med skrap eller blåst inn i ovnen under nedsmelting.

En annen viktig komponent er jernoksid, dannet når stål brennes med oksygen innført. Senere, når det varmes opp, injiseres karbon (i form av kull) i dette laget, som reagerer med jernoksid for å danne metall og karbonmonoksid. Dette resulterer i skumdannelse av slagget, noe som resulterer i større termisk effektivitet. Belegget forhindrer skade på taket og sideveggene på ovnen fra strålevarme.

Forbrenning av urenheter

Når skrapmetallet er helt smeltet og et flatt basseng er nådd, kan en ny bøtte lastes inn i ovnen. Etter at den andre ladningen er fullstendig smeltet, utføres raffineringsoperasjoner for å kontrollere og korrigere den kjemiske sammensetningen av stålet og overopphete smelten til over frysepunktet som forberedelse til tapping. Flere slaggdannere introduseres og mye oksygen kommer inn i badet, og brenner urenheter som silisium, svovel, fosfor, aluminium, mangan og kalsium, og fjerner oksidene deres til slagg.

Karbonfjerning skjer etter at disse elementene brenner ut først, siden de ligner mer på oksygen. Metaller som har lavere affinitet enn jern, som nikkel og kobber, kan ikke fjernes ved oksidasjon og må kun kontrolleres gjennom kjemi. Dette er for eksempel introduksjonen av direkte redusert jern og støpejern nevnt tidligere.

Skummende slaggvedvarer hele veien og renner ofte over ovnen for å renne over fra døren til den tiltenkte gropen. Temperaturmåling og kjemikalievalg utføres ved hjelp av automatiske spyd. Oksygen og karbon kan måles mekanisk med spesielle prober som er nedsenket i stål.

Produksjonsfordeler

Ved å bruke et kontrollsystem for lysbueovner for stålsmelting er det mulig å produsere stål fra 100 % råstoff - skrapmetall. Dette reduserer energien som kreves for å produsere stoffet kraftig, sammenlignet med primærproduksjon fra malm.

En annen fordel er fleksibilitet: mens masovner ikke kan variere nevneverdig og kan gå i årevis, kan denne startes og stenges raskt. Dette gjør at stålverket kan variere produksjonen basert på etterspørsel.

Typisk lysbuestålovn er kilden til stål for minimølle, som kan produsere stang- eller båndprodukter. Minismelteverk kan plasseres relativt nært stålmarkeder, og transportkravene er mindre enn for et integrert anlegg, som vanligvis er plassert nær land for tilgang til frakt.

Arc Steel Furnace Device

Det skjematiske tverrsnittet er en elektrode som heves og senkes av et tannstangdrev. Overflaten er foret med ildfast tegl og bunnkledning. Døren gir tilgang til interiøretdeler av enheten. Ovnskroppen hviler på vippearmer slik at den kan vippes for banking.