Lučna čelična peć: uređaj, princip rada, snaga, upravljački sustav

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Čelična lučna peć (EAF) je uređaj koji zagrijava materijal električnim savijanjem.

Industrijski uređaji su veličine od malih jedinica, otprilike jedna tona snage (koriste se u ljevaonicama za proizvodnju proizvoda od lijevanog željeza) do 400 jedinica po toni, koje se koriste za recikliranje čelika. Lučne čelične peći, EAF, koje se koriste u istraživačkim laboratorijima mogu imati kapacitet od samo nekoliko desetaka grama. Temperatura industrijskih uređaja može doseći 1800 °C (3272 °F), dok laboratorijske instalacije prelaze 3000 °C (5432 °F).

Lučne čelične peći (EAF) razlikuju se od indukcijskih peći po tome što je materijal koji se opterećuje izravno podvrgnut električnom savijanju, a struja na terminalima prolazi kroz nabijeni materijal.

gradnja

Lučna čelična peć se koristi za proizvodnju čelika i sastoji se od vatrostalne posude. Uglavnom podijeljen u tri odjeljka:

• Ljuska, koja se sastoji od bočnih stijenki i donjeg čelikazdjele.
• Paleta koja je izrađena od vatrostalnog materijala.
• Krov. Može biti s podstavom otpornom na toplinu ili hlađen vodom. I također se izrađuje u obliku kugle ili krnjeg stošca (konusni presjek). Krov također podržava vatrostalnu deltu u svom središtu kroz koju ulazi jedna ili više grafitnih elektroda.

Pojedinačne stavke

Ognjište može imati polukuglasti oblik i potrebno je u ekscentričnoj peći za točenje dna. U modernim radionicama, lučna čelična peć - EAF 5 - često je podignuta iznad prizemlja tako da se kutlači i lonci za trosku mogu lako manevrirati ispod oba kraja. Odvojeno od strukture je nosač elektrode i električni sustav, kao i nagnuta platforma na kojoj stoji instrument.

Jedinstveni alat

Tipična lučna peć za taljenje čelika EAF 3 napaja trofazni izvor i stoga ima tri elektrode. Imaju okrugli presjek i u pravilu segmente s navojnim spojevima, tako da se trošenjem mogu dodavati novi elementi.

Luk se formira između nabijenog materijala i elektrode. Naboj se zagrijava i strujom koja prolazi kroz njega i zračenom energijom koju oslobađa val. Temperatura doseže oko 3000 °C (5000 °F), uzrokujući da donji dijelovi elektroda svijetle poput žarulja sa žarnom niti kada lučna peć radi.

Elementi se automatski podižu i spuštaju pomoću sustava pozicioniranja koji može koristiti bilo koji električnivitlo, dizalice ili hidraulički cilindri. Regulacija održava približno konstantnu struju. Kolika je potrošnja električne energije lučne peći? Održava se konstantnim tijekom taljenja punjenja, iako se otpad može pomicati ispod elektroda dok se topi. Naglavci jarbola koji drže element mogu nositi teške sabirnice (koje mogu biti vodeno hlađene šuplje bakrene cijevi koje opskrbljuju struju stezaljkama) ili "vruće navlake" gdje cijeli vrh nosi punjenje, povećavajući učinkovitost.

Potonji tip može biti izrađen od bakrenog čelika ili aluminija. Veliki vodom hlađeni kabeli povezuju sabirnice ili nosače na transformator koji se nalazi pored pećnice. Sličan alat se postavlja u skladište i hladi vodom.

Tapkanje i druge operacije

Lučna peć od čelika EAF 50 izgrađena je na nagnutoj platformi tako da se tekući čelik može uliti u drugu posudu za transport. Operacija naginjanja za prijenos rastaljenog čelika naziva se točenje. U početku su svi svodovi lučne peći za proizvodnju čelika imali ispusni žlijeb prekriven vatrostalnim materijalom, koji je ispran kada je bio nagnut.

Ali često moderna oprema ima ekscentrični donji izlazni ventil (EBT) za smanjenje ugradnje dušika i troske u tekući čelik. Ove pećnice imaju otvor koji prolazi okomito kroz ognjište i školjku i nije u sredini u uskom jajolikom "izljevu". Ispunjeno jevatrostalni pijesak.

Moderne biljke mogu imati dvije ljuske s jednim setom elektroda koje se provlače između njih. Prvi dio zagrijava otpad, dok drugi služi za topljenje. Ostale DC peći imaju sličan raspored, ali imaju elektrode za svaki omotač i jedan set elektronike.

Kisekovi elementi

AC peći obično imaju uzorak vrućih i hladnih točaka duž perimetra ložišta, smještenih između elektroda. U modernim, plamenici na kisik ugrađuju se u bočnu stijenku. Koriste se za opskrbu kemijskom energijom minus zona, što čini zagrijavanje čelika ujednačenijim. Dodatnu snagu osigurava dovod kisika i ugljika u peć. Povijesno se to radilo s kopljima (šuplje cijevi od mekog čelika) u vratima od troske, sada se uglavnom radi sa zidnim jedinicama za ubrizgavanje koje kombiniraju plamenike za kisik i sustave za dovod zraka u jednu posudu.

Moderna peć za čelik srednje veličine ima transformator snage oko 60 000 000 volt-ampera (60 MVA), sa sekundarnim naponom od 400 do 900 i strujom većom od 44 000. U modernoj trgovini, kao npr. Očekuje se da će peć proizvesti 80 metričkih tona tekućeg čelika za oko 50 minuta od utovara hladnog otpada do točenja.

Za usporedbu, osnovne peći za kisik mogu imati kapacitet od 150-300 tona po šarži ili se "zagrijati" i stvarati toplinu 30-40 minuta. Postoje velike razlike u detaljima dizajna i rada peći,ovisno o konačnom proizvodu i lokalnim uvjetima, kao i trajnim istraživanjima za poboljšanje učinkovitosti postrojenja.

Najveći otpad (u smislu težine slavine i ocjene transformatora) je istosmjerni uređaj izvezen iz Japana s težinom od 420 metričkih tona i napajan s osam transformatora od 32 MVA za ukupnu snagu od 256 MBA.

Za proizvodnju tone čelika u elektrolučnoj peći potrebno je otprilike 400 kilovat-sati, odnosno oko 440 kWh po metrici. Teoretski minimalna energija potrebna za taljenje čeličnog otpada je 300 kWh (točka taljenja 1520 °C / 2768 °F). Stoga će EAF od 300 tona snage 300 MVA zahtijevati oko 132 MWh energije, a vrijeme uključivanja je otprilike 37 minuta.

Proizvodnja čelika pomoću električnog luka je ekonomski isplativa samo ako postoji dovoljno električne energije s dobro razvijenom mrežom. Na mnogim mjestima mlinovi rade izvan vršnih sati kada komunalna poduzeća imaju višak proizvodnih kapaciteta i cijena po metru je niža.

Operacija

Lučna čelična peć ulijeva čelik u mali stroj za lonac. Stari metal se dostavlja u udubljenje koje se nalazi uz topionicu. Otpaci obično dolaze u dvije glavne vrste: otpad (bijela tehnika, automobili i drugi predmeti napravljeni od sličnihlakog čelika) i teške taline (velike ploče i grede), kao i nešto izravno reduciranog željeza (DRI) ili sirovog željeza za kemijsku ravnotežu. Odvojene peći tope gotovo 100% DRI.

Sljedeći korak

Otpad se puni u velike kante, zvane košare, s preklopnim vratima za bazu. Mora se paziti da se otpad nalazi u košari kako bi se osigurao dobar rad peći. Na vrh se polaže jaka talina s laganim slojem zaštitne komadiće, na čijem vrhu leži drugi dio. Svi oni moraju biti prisutni u pećnici nakon punjenja. U ovom trenutku, košara se može premjestiti u predgrijač otpada, koji koristi vruće, otpadne plinove iz talionice za obnavljanje energije, poboljšavajući učinkovitost.

Overflow

Potom se posuda odvozi u talionicu, otvara se krov peći i u nju se utovara materijal. Prijenos je jedna od najopasnijih operacija za operatere. Puno potencijalne energije oslobađa se tonama metala koji pada. Bilo koja tekuća tvar u peći se često potiskuje gore i van čvrstim otpadom i masnoćom. Prašina na metalu se zapali ako je pećnica vruća, uzrokujući izbijanje vatrene lopte.

U nekim uređajima s dvostrukom ljuskom, otpad se ubacuje u drugi dok se prvi topi, a prethodno se zagrijava ispušnim plinom iz aktivnog dijela. Ostale operacije su: kontinuirano punjenje i rad s temperaturom na transportnoj traci, koja potom istovaruje metal u samu peć. Drugi uređaji se mogu pokrenutivruća tvar iz drugih operacija.

Napon

Nakon punjenja, krov se naginje natrag preko peći i počinje topljenje. Elektrode se spuštaju na staro željezo, stvara se luk, a zatim se postavljaju tako da se šire u sloju mrvica na vrhu uređaja. Za ovu operaciju odabrani su niski naponi kako bi zaštitili krov i zidove od prekomjerne topline i oštećenja luka.

Kada elektrode dođu do teške taline u podnožju peći i valovi su zaštićeni polugom, napon se može povećati i elektrode lagano podići, produžujući i povećavajući snagu taline. To omogućuje da se rastopljeni bazen brže formira, smanjujući vrijeme ispuštanja.

Kisik se upuhuje u otpadni metal, sagorijevanje ili rezanje čelika, a dodatnu kemijsku toplinu osiguravaju zidni plamenici. Oba procesa ubrzavaju taljenje tvari. Nadzvučne mlaznice omogućuju mlazovima kisika da prodru u pjenušavu trosku i dođu do tekuće kupke.

Oksidacija nečistoća

Važan dio proizvodnje čelika je stvaranje troske koja pluta na površini rastaljenog čelika. Obično se sastoji od metalnih oksida i također djeluje kao mjesto za sakupljanje oksidiranih nečistoća, kao toplinski pokrivač (zaustavljanje prekomjernog gubitka topline) i također pomaže u smanjenju erozije vatrostalne obloge.

Za peć s osnovnim vatrostalnim materijalima za proizvodnju ugljičnog čelika, uobičajeni tvorci troske su kalcijev oksid (CaO u obliku kalciniranogvapno) i magnezij (MgO u obliku dolomita i magnezita.). Ove tvari se ili pune otpadom ili upuhuju u peć tijekom taljenja.

Druga važna komponenta je željezni oksid, koji nastaje kada se čelik izgori uz uvođenje kisika. Kasnije, kada se zagrije, ugljik (u obliku ugljena) se ubrizgava u ovaj sloj, reagirajući sa željeznim oksidom da nastane metal i ugljični monoksid. To rezultira pjenjenje troske, što rezultira većom toplinskom učinkovitošću. Premaz sprječava oštećenje krova i bočnih stijenki pećnice zbog topline.

Izgaranje nečistoća

Kada se otpadni metal potpuno otopi i dođe do ravnog bazena, u peć se može staviti još jedna kanta. Nakon što je drugo punjenje potpuno otopljeno, provode se operacije rafiniranja kako bi se provjerio i ispravio kemijski sastav čelika i pregrijala talina iznad točke smrzavanja u pripremi za točenje. Uvodi se više tvoraca troske i puno kisika ulazi u kadu, sagorijevanje nečistoća kao što su silicij, sumpor, fosfor, aluminij, mangan i kalcij, te uklanjanje njihovih oksida u trosku.

Uklanjanje ugljika događa se nakon što ti elementi prvi izgore, jer su sličniji kisiku. Metali koji imaju niži afinitet od željeza, kao što su nikal i bakar, ne mogu se ukloniti oksidacijom i moraju se kontrolirati samo putem kemije. Ovo je, na primjer, ranije spomenuto uvođenje izravno reduciranog željeza i lijevanog željeza.

Pjenasta troskaustraje u cijelom i često prelijeva pećnicu kako bi se prelila s vrata u predviđenu jamu. Mjerenje temperature i odabir kemikalija provode se pomoću automatskih koplja. Kisik i ugljik se mogu mehanički mjeriti posebnim sondama koje su uronjene u čelik.

Prednosti proizvodnje

Upotrebom upravljačkog sustava za lučne peći za taljenje čelika moguće je proizvesti čelik od 100% sirovine - metalnog otpada. To uvelike smanjuje energiju potrebnu za proizvodnju tvari, u usporedbi s primarnom proizvodnjom iz ruda.

Još jedna prednost je fleksibilnost: dok se visoke peći ne mogu značajno razlikovati i mogu raditi godinama, ova se može brzo pokrenuti i isključiti. To omogućuje čeličani da varira proizvodnju na temelju potražnje.

Tipična lučna čelična peć je izvor čelika za mini mlin, koji može proizvoditi šipke ili trake. Mini-topionice se mogu nalaziti relativno blizu tržišta čelika, a zahtjevi za transport su manji nego za integrirano postrojenje, koje se obično nalazi blizu obale za pristup brodovima.

uređaj lučne čelične peći

Šematski poprečni presjek je elektroda koja se podiže i spušta pomoću zupčanika. Površina je obložena vatrostalnom opekom i donjom oblogom. Vrata omogućuju pristup unutrašnjostidijelovi uređaja. Tijelo pećnice se oslanja na klackalice tako da se može nagnuti za kuckanje.