Íves acél kemence: készülék, működési elv, teljesítmény, vezérlőrendszer

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az acélíves kemence (EAF) olyan eszköz, amely elektromos hajlítással melegíti az anyagot.

Az ipari készülékek mérete a kis egységektől, nagyjából egy tonna teljesítménytől (öntödékben öntöttvas termékek előállítására használják) az acél újrahasznosítására használt tonnánként 400 egységig terjed. A kutatólaboratóriumokban használt ívacél kemencék (EAF) kapacitása mindössze néhány tíz gramm. Az ipari eszközök hőmérséklete elérheti az 1800 °C-ot (3272 °F), míg a laboratóriumi berendezések 3000 °C-ot (5432 °F).

Az ívacél kemencék (EAF) abban különböznek az indukciós kemencéktől, hogy a betöltött anyag közvetlenül elektromos hajlításnak van kitéve, és a kapcsokon lévő áram áthalad a feltöltött anyagon.

Építés

Az íves acélkemencét acélgyártáshoz használják, és egy tűzálló edényből áll. Főleg három részre osztva:

• Héj, amely oldalfalakból és alsó acélból álltálak.
• Tűzálló anyagból készült raklap.
• Tető. Lehet hőálló béléssel vagy vízhűtéses. És golyó vagy csonka kúp (kúpszelet) formájában is készül. A tető egy tűzálló deltát is tart a közepén, amelyen keresztül egy vagy több grafitelektróda lép be.

Egyedi tételek

A kandalló félgömb alakú is lehet, és egy excenteres kemencében szükséges az alja megcsapolásához. A modern műhelyekben az ívacél kemencét - EAF 5 - gyakran a földszint fölé emelik, így az üstök és a salakos edények bármelyik vége alatt könnyen mozgathatók. A szerkezettől elkülönül az elektródatartó és az elektromos rendszer, valamint a ferde platform, amelyen a műszer áll.

Egyedi eszköz

Egy tipikus EAF 3 acélolvasztó ívkemencét háromfázisú forrás táplál, ezért három elektródája van. Kerek szakaszuk van, és általában menetes csatlakozású szegmenseik vannak, így a kopás során új elemeket lehet hozzáadni.

Az ív a töltött anyag és az elektróda között jön létre. A töltést a rajta áthaladó áram és a hullám által kisugárzott energia egyaránt felmelegíti. A hőmérséklet eléri a körülbelül 3000 °C-ot (5000 °F), aminek következtében az elektródák alsó részei izzólámpákként világítanak, amikor az ívkemence működik.

Az elemeket automatikusan felemeli és leengedi egy pozicionáló rendszer, amely bármilyen elektromoscsörlő, emelők vagy hidraulikus hengerek. A szabályozás megközelítőleg állandó áramot tart fenn. Mennyi az ívkemence energiafogyasztása? A töltés olvasztása során állandó marad, bár a törmelék olvadás közben elmozdulhat az elektródák alatt. Az elemet tartó árbochüvelyek vagy nehéz gyűjtősíneket (amelyek lehetnek vízhűtéses, üreges rézcsövek, amelyek áramot szolgáltatnak a bilincsekhez) vagy "forró hüvelyeket" hordozhatnak, ahol a teljes felső hordozza a töltést, növelve a hatékonyságot.

Ez utóbbi típus készülhet rézbevonatú acélból vagy alumíniumból. Nagy vízhűtéses kábelek kötik össze a gyűjtősíneket vagy konzolokat a sütő mellett található transzformátorral. Hasonló szerszámot helyeznek el a tárolóban, és vízzel hűtik.

Fúrás és egyéb műveletek

Az EAF 50 acél ívkemence ferde platformra épül, így a folyékony acélt egy másik tartályba lehet önteni szállításhoz. Az olvadt acél átvitelére szolgáló billenési műveletet menetfúrásnak nevezzük. Kezdetben az ívkemencék összes acélgyártó boltozata tűzálló anyaggal borított leeresztő csúszdával rendelkezett, amely megdöntésekor kimosódott.

De gyakran a modern berendezések excentrikus alsó kimeneti szeleppel (EBT) rendelkeznek, amely csökkenti a nitrogén és a salak beépülését a folyékony acélba. Ezeknek a kemencéknek van egy nyílása, amely függőlegesen halad át a tűzhelyen és a héjon, és egy keskeny, tojás alakú "kifolyó" közepén van. Meg van töltvetűzálló homok.

A modern üzemek két héjjal rendelkezhetnek, amelyek között egy sor elektróda van átvezetve. Az első rész felmelegíti a törmeléket, a másik pedig olvasztásra szolgál. Más egyenáramú kemencék hasonló elrendezésűek, de mindegyik burkolathoz elektródák és egy elektronikakészlet tartozik.

Oxigénelemek

A váltakozó áramú kemencékben általában meleg és hideg foltok jelennek meg a kandalló kerülete mentén, az elektródák között. A moderneknél az oxigén-üzemanyag égőket az oldalfalba szerelik be. A mínuszzónák kémiai energiájának ellátására szolgálnak, ami egyenletesebbé teszi az acél melegítését. További teljesítményt a kemence oxigén és szén ellátása biztosít. Történelmileg ezt a salakajtóban lévő lándzsákkal (üreges acélcsövek) tették, ma pedig többnyire falra szerelt befecskendező egységekkel, amelyek egy edényben egyesítik az oxigén-üzemanyag-égőket és a levegőellátó rendszereket.

Egy modern, közepes méretű acélkemencében körülbelül 60 000 000 voltamper (60 MVA) névleges transzformátor található, szekunder feszültsége 400-900, árama pedig meghaladja a 44 000-et. Egy modern üzletben ilyen a kemence várhatóan 80 metrikus tonna folyékony acélt állít elő körülbelül 50 perc alatt a hideg hulladék betöltésétől a csapolásig.

Összehasonlításképpen, az alapvető oxigénkemencék tételenként 150-300 tonna kapacitásúak lehetnek, vagy "felmelegedhetnek", és 30-40 percig hőt termelnek. Hatalmas különbségek vannak a kemence kialakításának és működésének részleteiben,a végterméktől és a helyi körülményektől, valamint az üzem hatékonyságának javítására irányuló, folyamatban lévő kutatásoktól függően.

A legnagyobb csak selejt (a leágazás súlyát és a transzformátorok besorolását tekintve) egy Japánból exportált egyenáramú eszköz, 420 metrikus tonna leágazási tömeggel, és nyolc 32 MVA-s transzformátor táplálja, összesen 256 MBA teljesítménnyel.

Körülbelül 400 kilowattóra szükséges egy tonna acél előállításához egy elektromos ívkemencében, ami metrikusanként körülbelül 440 kWh. Az acélhulladék olvasztásához szükséges elméleti minimális energia 300 kWh (olvadáspont 1520 °C / 2768 °F). Ezért egy 300 tonnás, 300 MVA teljesítményű EAF körülbelül 132 MWh energiát igényel, a bekapcsolási idő pedig körülbelül 37 perc.

Az elektromos ív segítségével történő acélgyártás csak akkor gazdaságos, ha egy jól kiépített hálózat mellett elegendő villamos energia áll rendelkezésre. Sok helyen a malmok csúcsidőn kívül működnek, amikor a közműveknek többlettermelési kapacitása van, és a méterenkénti ár alacsonyabb.

Művelet

Az ívacél kemence acélt önt egy kis üstgépbe. A fémhulladékot a kohó mellett található mélyedésbe szállítják. A törmeléknek két fő fajtája van: ócskavas (fehér áruk, autók és más hasonló anyagokból készült cikkekkönnyű acél) és nehéz olvadék (nagy födémek és gerendák), valamint néhány közvetlen redukált vas (DRI) vagy nyersvas a kémiai egyensúly érdekében. A különálló kemencék majdnem 100%-os DRI-t megolvasztanak.

Következő lépés

A törmeléket nagy vödrökbe, úgynevezett kosarakba töltik, amelyek alapja kagylóajtókkal rendelkezik. A kemence megfelelő működése érdekében ügyelni kell arra, hogy a hulladék a kosárban legyen. Erős olvadékot helyeznek a tetejére egy könnyű réteg védőreszelékkel, amelyen egy másik rész található. Betöltés után mindegyiknek a sütőben kell lennie. Ekkor a kosár bekerülhet a hulladék-előmelegítőbe, amely a kohó forró, füstgázait használja fel az energia visszanyerésére, javítva ezzel a hatékonyságot.

Túlcsordulás

Ezután az edényt az olvasztóműhelybe viszik, kinyitják a kemence tetejét és belerakják az anyagot. Az áthelyezés az egyik legveszélyesebb művelet a kezelők számára. Rengeteg potenciális energia szabadul fel tonnányi lehulló fém hatására. A kemencében lévő folyékony anyagokat gyakran fel- és kinyomja a szilárd hulladék és zsír. A fémen lévő por meggyullad, ha a sütő forró, és tűzgolyót okozhat.

Egyes kettős héjú készülékekben a törmeléket a másodikba töltik, miközben az első olvad, és előmelegíti az aktív rész kipufogógázával. További műveletek a következők: folyamatos betöltés és hőmérséklet-kezelés egy szállítószalagon, amely aztán magába a kemencébe üríti ki a fémet. Más eszközök is elindulhatnakmás műveletekből származó forró anyag.

feszültség

A töltés után a tető hátradől a kemence fölé, és megkezdődik az olvadás. Az elektródákat leeresztik a fémhulladékra, ívet hoznak létre, majd úgy állítják be, hogy a készülék tetején lévő morzsarétegben szétterüljenek. Ehhez a művelethez alacsony feszültséget választanak ki, hogy megvédjék a tetőt és a falakat a túlzott hőtől és az ívkárosodástól.

Miután az elektródák elérik a kemence alján lévő nehéz olvadékot, és a hullámokat a feszítővas árnyékolja, a feszültség növelhető és az elektródák kissé megemelhetők, meghosszabbítva és növelve az olvadék teljesítményét. Ez lehetővé teszi az olvadt medence gyorsabb kialakulását, csökkentve a lecsapolási időt.

Oxigént fújnak a fémhulladékba, égetik vagy vágják az acélt, és további kémiai hőt a fali égők biztosítanak. Mindkét folyamat felgyorsítja az anyag olvadását. A szuperszonikus fúvókák lehetővé teszik, hogy az oxigénsugár áthatoljon a habzó salakon, és elérje a folyadékfürdőt.

Szennyeződések oxidációja

Az acélgyártás fontos része a salak képződése, amely az olvadt acél felületén úszik. Általában fém-oxidokból áll, és egyben az oxidált szennyeződések összegyűjtésére szolgáló helyként is szolgál, hőtakaróként (megállítja a túlzott hőveszteséget), valamint segít csökkenteni a tűzálló bélés erózióját.

A szénacélt előállító bázikus tűzálló anyagokkal rendelkező kemencékben a szokásos salakképzők a kalcium-oxid (kalcinált formában lévő CaO)mész) és magnézium (MgO dolomit és magnezit formájában.). Ezeket az anyagokat vagy feltöltik törmelékkel, vagy az olvadás során a kemencébe fújják.

Egy másik fontos összetevő a vas-oxid, amely akkor képződik, amikor az acélt oxigénnel égetik. Később, hevítéskor szén (szén formájában) kerül ebbe a rétegbe, amely vas-oxiddal reagálva fémet és szén-monoxidot képez. Ez a salak habzását eredményezi, ami nagyobb hőhatékonyságot eredményez. A bevonat megakadályozza, hogy a sütő teteje és oldalfalai károsodjanak a sugárzó hő miatt.

Szennyeződések égése

Miután a fémhulladék teljesen megolvadt és egy lapos medencét értünk el, egy másik vödröt lehet betölteni a kemencébe. Miután a második töltet teljesen megolvadt, finomítási műveleteket végeznek az acél kémiai összetételének ellenőrzésére és korrigálására, valamint az olvadék fagyáspontja fölé történő túlmelegítésére, előkészítve a csapolásra. Több salakképzőt vezetnek be, és sok oxigén kerül a fürdőbe, ami elégeti a szennyeződéseket, például szilíciumot, ként, foszfort, alumíniumot, mangánt és kalciumot, és ezek oxidjait salakká eltávolítja.

A szén eltávolítása azután történik, hogy ezek az elemek először kiégnek, mivel jobban hasonlítanak az oxigénhez. A vasnál kisebb affinitású fémek, mint például a nikkel és a réz, nem távolíthatók el oxidációval, és csak kémiával lehet őket szabályozni. Ez például a korábban említett direkt redukált vas és öntöttvas bevezetése.

Habos salakvégig fennáll, és gyakran túlfolyik a sütőn, hogy az ajtóból a tervezett gödörbe folyjon. A hőmérsékletmérés és a vegyszerválasztás automatikus lándzsákkal történik. Az oxigén és a szén mechanikusan mérhető speciális szondákkal, amelyeket acélba merítenek.

Produkciós előnyök

Az acélolvasztó ívkemencék vezérlőrendszerével 100%-os nyersanyagból - fémhulladékból - lehet acélt előállítani. Ez nagymértékben csökkenti az anyag előállításához szükséges energiát az ércekből történő elsődleges termeléshez képest.

További előny a rugalmasság: míg a nagyolvasztók nem változhatnak jelentősen, és akár évekig is üzemelhetnek, ezt gyorsan be lehet indítani és le lehet állítani. Ez lehetővé teszi az acélgyár számára, hogy a kereslet alapján változtassa a termelést.

A tipikus ívacél kemence az acélforrás a mini malom számára, amely rúd- vagy szalagterméket tud előállítani. A minikohók viszonylag közel helyezkedhetnek el az acélpiacokhoz, és a szállítási igények kisebbek, mint egy integrált üzem esetében, amely általában a part közelében található a hajózáshoz.

Íves acélkemencés eszköz

A vázlatos keresztmetszet egy elektróda, amelyet fogasléces hajtómű emel fel és enged le. Felülete tűzálló téglával bélelt, alsó burkolattal. Az ajtó lehetővé teszi a belépést a belső térbea készülék részei. A sütőtest a lengőkarokon nyugszik, így megdönthető a ütögetéshez.