Ark çelik fırını: cihaz, çalışma prensibi, güç, kontrol sistemi

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Çelik ark ocağı (EAF), malzemeyi elektriksel bükme yoluyla ısıtan bir cihazdır.

Endüstriyel cihazların boyutları, kabaca bir ton güçten (dökümhanelerde dökme demir ürünleri yapmak için kullanılır) ton başına 400 birime kadar, çelik geri dönüşümü için kullanılan küçük birimlerden oluşur. Araştırma laboratuvarlarında kullanılan ark çelik fırınları, EAF, sadece birkaç on gramlık bir kapasiteye sahip olabilir. Endüstriyel cihazların sıcaklığı 1800 °C'ye (3272 °F) ulaşabilirken, laboratuvar kurulumları 3000 °C'yi (5432 °F) aşabilir.

Ark çelik fırınları (EAF'ler), yüklenen malzemenin doğrudan elektriksel bükülmeye maruz kalması ve terminallerdeki akımın yüklü malzemeden geçmesiyle endüksiyon fırınlarından farklıdır.

İnşaat

Ark çelik fırını, çelik üretimi için kullanılır ve bir refrakter tanktan oluşur. Temelde üç bölüme ayrılmıştır:

• Yan duvarlar ve alt çelikten oluşan kabukkaseler.
• Refrakter malzemeden üretilmiş palet.
• Çatı. Isıya dayanıklı astarlı veya su soğutmalı olabilir. Ayrıca bir top veya kesik koni (konik bölüm) şeklinde yapılır. Çatı ayrıca merkezinde bir veya daha fazla grafit elektrotun girdiği refrakter bir deltayı da destekler.

Bireysel öğeler

Ocak yarım küre şeklinde olabilir ve tabana vurmak için eksantrik bir fırında gereklidir. Modern atölyelerde, ark çeliği fırını - EAF 5 - potaların ve cüruf kaplarının her iki uçta da kolayca hareket ettirilebilmesi için genellikle zemin katın üzerine yükseltilir. Elektrot desteği ve elektrik sistemi ile cihazın üzerinde durduğu eğimli platform yapıdan ayrıdır.

Benzersiz araç

Tipik bir EAF 3 çelik eritme ark ocağı, üç fazlı bir kaynaktan güç alır ve bu nedenle üç elektrota sahiptir. Yuvarlak bir bölümleri ve kural olarak dişli bağlantılara sahip bölümleri vardır, böylece aşındıkça yeni elemanlar eklenebilir.

Ark, yüklü malzeme ile elektrot arasında oluşur. Yük, hem içinden geçen akımla hem de dalga tarafından yayılan enerjiyle ısıtılır. Sıcaklık yaklaşık 3000 °C'ye (5000 °F) ulaşır ve ark ocağı çalışırken elektrotların alt bölümlerinin akkor lambalar gibi parlamasına neden olur.

Elementler, herhangi bir elektrikli aleti kullanabilen bir konumlandırma sistemi tarafından otomatik olarak yükseltilip alç altılır.vinç, vinçler veya hidrolik silindirler. Düzenleme yaklaşık olarak sabit bir akım sağlar. Bir ark ocağının güç tüketimi nedir? Hurda erirken elektrotların altında hareket edebilmesine rağmen, şarjın erimesi sırasında sabit tutulur. Elemanı tutan direk manşonları ya ağır baraları (kelepçelere akım sağlayan su soğutmalı içi boş bakır borular olabilir) veya tüm tepenin yükü taşıdığı "sıcak manşonları" taşıyabilir, bu da verimliliği artırır.

İkinci tip, bakır kaplı çelik veya alüminyumdan yapılabilir. Büyük su soğutmalı kablolar, baraları veya braketleri fırının yanında bulunan bir transformatöre bağlar. Benzer bir alet depoya kurulur ve suyla soğutulur.

Dokunma ve diğer işlemler

EAF 50 çelik ark ocağı, sıvı çeliğin nakliye için başka bir kaba dökülebilmesi için eğimli bir platform üzerine inşa edilmiştir. Erimiş çeliği aktarmak için devirme işlemine kılavuz çekme denir. Başlangıçta, ark ocağının tüm çelik üretim tonozlarında, refrakterle kaplı bir tahliye oluğu vardı ve bu, eğildiğinde yıkanıyordu.

Ancak modern ekipmanlarda sıvı çeliğe nitrojen ve cürufun karışmasını az altmak için genellikle eksantrik bir alt çıkış valfi (EBT) bulunur. Bu fırınlar, ocak ve kabuk boyunca dikey olarak uzanan ve yumurta şeklindeki dar bir "musluk" içinde merkezden uzaklaşan bir açıklığa sahiptir. doluateşe dayanıklı kum.

Modern bitkiler, aralarından geçirilen bir elektrot seti ile iki kabuğa sahip olabilir. İlk kısım hurdayı ısıtır, diğeri ise eritme için kullanılır. Diğer DC fırınları benzer bir düzene sahiptir ancak her bir kılıf için elektrotlara ve bir elektronik setine sahiptir.

Oksijen elementleri

AC fırınlarında genellikle ocağın çevresi boyunca elektrotlar arasında yer alan sıcak ve soğuk noktalardan oluşan bir model bulunur. Modern olanlarda, yan duvara oksi-yakıt brülörleri monte edilmiştir. Çeliğin ısıtılmasını daha düzgün hale getiren eksi bölgelere kimyasal enerji sağlamak için kullanılırlar. Fırına oksijen ve karbon sağlanarak ek güç sağlanır. Geçmişte bu, cüruf kapısındaki mızraklar (yumuşak çelik içi boş borular) ile yapılırdı, şimdi ise çoğunlukla oksi-yakıt brülörlerini ve hava besleme sistemlerini tek bir kapta birleştiren duvara monte enjeksiyon üniteleri ile yapılıyor.

Modern bir orta ölçekli çelik fırınında, ikincil voltajı 400 ila 900 ve akımı 44.000'i aşan yaklaşık 60.000.000 volt-amper (60 MVA) değerinde bir transformatör bulunur. fırının, soğuk hurda yüklemesinden kılavuz çekme işlemine kadar yaklaşık 50 dakika içinde 80 metrik ton sıvı çelik üretmesi bekleniyor.

Karşılaştırıldığında, bazik oksijen fırınları parti başına 150-300 ton veya "ısınma" kapasiteye sahip olabilir ve 30-40 dakika ısı üretebilir. Fırın tasarımı ve işletimi detaylarında büyük farklılıklar vardır,nihai ürüne ve yerel koşullara ve ayrıca tesis verimliliğini artırmak için devam eden araştırmalara bağlı olarak.

Yalnızca en büyük hurda (kasma ağırlığı ve transformatör değeri açısından), Japonya'dan ihraç edilen ve 420 metrik ton kılavuz ağırlığı ile bir DC cihazıdır ve toplam 256 MBA güç için sekiz adet 32 MVA trafo ile beslenir.

Bir elektrik ark ocağında bir ton çelik üretmek yaklaşık 400 kilovat saat veya metrik başına yaklaşık 440 kWh sürer. Hurda çeliği eritmek için gereken teorik minimum enerji 300 kWh'dir (erime noktası 1520 °C / 2768 °F). Bu nedenle 300 MVA gücünde 300 tonluk bir EAF yaklaşık 132 MWh enerji gerektirecektir ve açma süresi yaklaşık 37 dakikadır.

Elektrik arkı kullanarak çelik üretimi, yalnızca iyi gelişmiş bir ağ ile yeterli elektrik varsa ekonomik olarak uygulanabilir. Birçok yerde fabrikalar, tesislerin üretim kapasitesinin fazla olduğu ve metre başına fiyatın daha düşük olduğu yoğun olmayan saatlerde çalışır.

İşlem

Ark çeliği fırını, çeliği küçük bir pota makinesine döker. Hurda metal, izabe tesisinin yanında bulunan bir oyuğa teslim edilir. Hurda, iki ana çeşitte gelir: hurda (beyaz eşya, arabalar ve benzeri malzemelerden yapılmış diğer ürünler).hafif çelik) ve ağır eriyik (büyük levhalar ve kirişler) ile kimyasal denge için bazı doğrudan indirgenmiş demir (DRI) veya pik demir. Ayrı fırınlar neredeyse %100 DRI eritir.

Sonraki adım

Hurda, taban için kapaklı, sepet adı verilen büyük kovalara yüklenir. Fırının iyi çalışmasını sağlamak için hurdanın sepette olmasına özen gösterilmelidir. Üzerine başka bir parçanın uzandığı hafif bir koruyucu parça tabakası ile güçlü bir eriyik serilir. Hepsi yüklemeden sonra fırında bulunmalıdır. Bu sırada sepet, enerjiyi geri kazanmak için izabe tesisinin sıcak, çıkış gazlarını kullanan ve verimliliği artıran hurda ön ısıtıcısına hareket edebilir.

Taşma

Ardından kap izabehaneye götürülür, fırının çatısı açılır ve içine malzeme yüklenir. Transfer, operatörler için en tehlikeli işlemlerden biridir. Tonlarca düşen metal tarafından çok fazla potansiyel enerji açığa çıkar. Fırındaki herhangi bir sıvı madde genellikle katı hurda ve gres tarafından yukarı ve dışarı itilir. Fırın sıcaksa metal üzerindeki toz tutuşarak bir ateş topunun patlamasına neden olur.

Bazı çift kabuklu cihazlarda, birincisi erirken ikinciye hurda yüklenir ve aktif kısımdan gelen egzoz gazı ile önceden ısıtılır. Diğer işlemler şunlardır: sürekli yükleme ve daha sonra metali fırının içine boş altan bir taşıyıcı bant üzerinde sıcaklıkla çalışma. Diğer cihazlar önyüklenebilirdiğer işlemlerden gelen sıcak madde.

Voltaj

Yüklemeden sonra çatı fırının üzerine eğilir ve eritme başlar. Elektrotlar hurda metalin üzerine indirilir, bir ark oluşturulur ve daha sonra cihazın üst kısmındaki kırıntı tabakasına yayılacak şekilde ayarlanır. Çatıyı ve duvarları aşırı ısıdan ve ark hasarından korumak için bu işlem için düşük voltajlar seçilir.

Elektrotlar fırının tabanındaki ağır ergimeye ulaştığında ve dalgalar levye tarafından korunduğunda, voltaj yükseltilebilir ve elektrotlar hafifçe yükseltilerek eriyiğin gücü uzatılır ve artırılır. Bu, erimiş havuzun daha hızlı oluşmasını sağlayarak çıkış süresini az altır.

Oksijen hurda metale üflenir, çelik yakılır veya kesilir ve duvar brülörleri tarafından ek kimyasal ısı sağlanır. Her iki işlem de maddenin erimesini hızlandırır. Süpersonik nozüller, oksijen jetlerinin köpüren cürufa nüfuz etmesine ve sıvı banyosuna ulaşmasına izin verir.

Kürtlerin oksidasyonu

Çelik üretiminin önemli bir kısmı, erimiş çeliğin yüzeyinde yüzen cüruf oluşumudur. Genellikle metal oksitlerden oluşur ve ayrıca termal bir battaniye olarak (aşırı ısı kaybını durdurarak) oksitlenmiş safsızlıkları toplamak için bir yer görevi görür ve ayrıca refrakter astarın aşınmasını az altmaya yardımcı olur.

Karbon çeliği üreten temel refrakterli bir fırın için, yaygın cüruf oluşturucular kalsiyum oksittir (kalsinekireç) ve magnezyum (dolomit ve manyezit şeklinde MgO.). Bu maddeler ya hurda ile yüklenir ya da eritme sırasında fırına üflenir.

Diğer önemli bir bileşen, çeliğin oksijenle yakılmasıyla oluşan demir oksittir. Daha sonra ısıtıldığında, bu tabakaya karbon (kömür formunda) enjekte edilir ve demir oksit ile reaksiyona girerek metal ve karbon monoksit oluşturur. Bu, cürufun köpürmesine neden olarak daha yüksek termal verim sağlar. Kaplama, fırının çatısına ve yan duvarlarına radyan ısıdan zarar gelmesini önler.

Kürtlerin yanması

Hurda metal tamamen eriyip düz bir havuza ulaşıldığında, fırına başka bir kova yüklenebilir. İkinci şarj tamamen eritildikten sonra, çeliğin kimyasal bileşimini kontrol etmek ve düzeltmek ve kılavuz çekme için hazırlanırken eriyiği donma noktasının üzerine aşırı derecede ısıtmak için arıtma işlemleri gerçekleştirilir. Daha fazla cüruf oluşturucu eklenir ve banyoya çok fazla oksijen girer, silikon, kükürt, fosfor, alüminyum, manganez ve kalsiyum gibi safsızlıkları yakar ve oksitlerini cüruf haline getirir.

Karbon giderme, oksijene daha çok benzedikleri için bu elementler önce yandıktan sonra gerçekleşir. Nikel ve bakır gibi demirden daha düşük afiniteye sahip metaller oksidasyon ile uzaklaştırılamaz ve sadece kimya ile kontrol edilmelidir. Bu, örneğin, daha önce bahsedilen doğrudan indirgenmiş demir ve dökme demirin tanıtımıdır.

Köpüklü cürufboyunca devam eder ve genellikle kapıdan istenen çukura taşmak için fırını taşar. Sıcaklık ölçümü ve kimyasal seçimi otomatik mızraklar kullanılarak yapılır. Oksijen ve karbon, çeliğe daldırılmış özel problarla mekanik olarak ölçülebilir.

Üretim Avantajları

Çelik eritme ark ocakları için bir kontrol sistemi kullanarak, %100 hammadde - hurda metalden çelik üretmek mümkündür. Bu, cevherlerden birincil üretime kıyasla maddeyi üretmek için gereken enerjiyi büyük ölçüde az altır.

Başka bir avantaj ise esnekliktir: Yüksek fırınlar önemli ölçüde değişemez ve yıllarca çalışabilirken, bu hızlı bir şekilde başlatılıp kapatılabilir. Bu, çelik fabrikasının üretimi talebe göre değiştirmesine olanak tanır.

Tipik ark çelik fırını, çubuk veya şerit ürün üretebilen mini değirmen için çelik kaynağıdır. Mini izabe tesisleri, çelik pazarlarına nispeten yakın bir yere yerleştirilebilir ve nakliye gereksinimleri, genellikle nakliye erişimi için kıyıya yakın bulunan entegre bir tesise göre daha azdır.

Ark Çelik Fırın Cihazı

Şematik kesit, kremayer ve pinyon tahriki tarafından yükseltilip alç altılan bir elektrottur. Yüzey refrakter tuğla ve alt kaplama ile kaplanmıştır. Kapı, iç mekana erişim sağlarcihazın parçaları. Fırın gövdesi, vurmak için eğilebilmesi için külbütör kollarına dayanır.