Lbuestålovn: enhed, driftsprincip, strøm, kontrolsystem

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

En stålbueovn (EAF) er en enhed, der opvarmer materiale ved elektrisk bøjning.

Industrielle apparater varierer i størrelse fra små enheder, omkring et ton strøm (bruges i støberier til at fremstille støbejernsprodukter) til 400 enheder pr. ton, der bruges til stålgenanvendelse. Lysbuestålovne, EAF, der anvendes i forskningslaboratorier, kan kun have en kapacitet på nogle få tiere gram. Temperaturen på industrielle enheder kan nå 1800 °C (3272 °F), mens laboratorieinstallationer overstiger 3000 °C (5432 °F).

Buestålovne (EAF'er) adskiller sig fra induktionsovne ved, at materialet, der belastes, udsættes direkte for elektrisk bøjning, og strømmen ved terminalerne passerer gennem det ladede materiale.

Byggeri

Buestålovn bruges til stålproduktion og er sammensat af en ildfast beholder. Hovedsageligt opdelt i tre sektioner:

• Shell, som består af sidevægge og bundstålskåle.
• Palle som er lavet af ildfast materiale.
• Tag. Det kan være med varmebestandigt for eller vandkølet. Og det er også lavet i form af en kugle eller en afkortet kegle (konisk sektion). Taget understøtter også et ildfast delta i dets centrum, hvorigennem en eller flere grafitelektroder kommer ind.

Individuelle varer

Alden kan have en halvkugleformet form og er nødvendig i en excentrisk ovn til at banke i bunden. I moderne værksteder er lysbuestålovnen - EAF 5 - ofte hævet over stueetagen, så øser og slaggepotter let kan manøvreres under begge ender. Adskilt fra strukturen er elektrodestøtten og det elektriske system samt den skrå platform, som instrumentet står på.

Unikt værktøj

En typisk EAF 3 lysbueovn til stålsmeltning er drevet af en trefaset kilde og har derfor tre elektroder. De har en rund sektion og som regel segmenter med gevindforbindelser, så der efterhånden som de slides kan tilføjes nye elementer.

Buen dannes mellem det ladede materiale og elektroden. Ladningen opvarmes både af strømmen, der passerer gennem den, og af den udstrålede energi, der frigives af bølgen. Temperaturen når omkring 3000 °C (5000 °F), hvilket får elektrodernes nederste del til at lyse som glødelamper, når lysbueovnen er i drift.

Elementer hæves og sænkes automatisk af et positioneringssystem, der kan bruge enhver elektriskspil, hejseværk eller hydrauliske cylindre. Reguleringen holder en tilnærmelsesvis konstant strøm. Hvad er strømforbruget for en lysbueovn? Det holdes konstant under ladningssmeltning, selvom skrotet kan bevæge sig under elektroderne, når det smelter. Masthylstrene, der holder elementet, kan enten bære tunge samleskinner (som kan være vandkølede hule kobberrør, der leverer strøm til klemmerne) eller "hot sleeves", hvor hele toppen bærer ladningen, hvilket øger effektiviteten.

Sidstnævnte type kan være lavet af kobberbelagt stål eller aluminium. Store vandkølede kabler forbinder samleskinner eller beslag til en transformer placeret ved siden af ovnen. Et lignende værktøj er installeret på lager og afkølet med vand.

Tapning og andre operationer

EAF 50 stålbueovnen er bygget på en skrå platform, så flydende stål kan hældes i en anden beholder til transport. Vippeoperationen for at overføre smeltet stål kaldes tapning. Til at begynde med havde alle stålfremstillingshvælvinger i lysbueovnen en udløbsskakt dækket med ildfast materiale, som blev vasket ud, når den blev vippet.

Men moderne udstyr har ofte en excentrisk bundudløbsventil (EBT) for at reducere inkorporeringen af nitrogen og slagger i det flydende stål. Disse ovne har en åbning, der løber lodret gennem ildstedet og skallen og er off-center i en smal ægformet "tud". Det er fyldtildfast sand.

Moderne planter kan have to skaller med ét sæt elektroder, der føres mellem dem. Den første del opvarmer skrotet, mens den anden bruges til smeltning. Andre DC-ovne har et lignende layout, men har elektroder til hver kappe og et sæt elektronik.

Oxygenelementer

AC-ovne har norm alt et mønster af varme og kolde pletter langs omkredsen af ildstedet, placeret mellem elektroderne. I moderne er oxyfuel-brændere installeret i sidevæggen. De bruges til at levere kemisk energi til minuszoner, hvilket gør opvarmningen af stål mere ensartet. Yderligere strøm leveres ved at tilføre ilt og kulstof til ovnen. Historisk set blev dette gjort med spyd (hule stålrør) i slaggedøren, nu gøres det mest med vægmonterede injektionsenheder, der kombinerer oxy-fuel-brændere og luftforsyningssystemer i ét kar.

En moderne mellemstor stålovn har en transformer, der er normeret til omkring 60.000.000 volt-ampere (60 MVA), med en sekundær spænding på 400 til 900 og en strømstyrke på over 44.000. I en moderne butik, f.eks. ovn forventes at producere 80 tons flydende stål på omkring 50 minutter fra kold skrotladning til tapning.

Til sammenligning kan basiske iltovne have en kapacitet på 150-300 tons pr. batch eller "varme op" og generere varme i 30-40 minutter. Der er store forskelle i detaljerne i ovnens design og drift,afhængigt af det endelige produkt og lokale forhold, samt løbende forskning for at forbedre anlæggets effektivitet.

Den største skrot-only (med hensyn til trykvægt og transformervurdering) er en DC-enhed, der eksporteres fra Japan med en tapvægt på 420 tons og forsynes af otte 32 MVA-transformere til en samlet effekt på 256 MBA.

Det tager cirka 400 kilowatt-timer at producere et ton stål i en lysbueovn, eller omkring 440 kWh pr. metrisk. Den teoretiske minimumsenergi, der kræves for at smelte stålskrot, er 300 kWh (smeltepunkt 1520 °C / 2768 °F). Derfor vil en 300-tons EAF med en effekt på 300 MVA kræve omkring 132 MWh energi, og tændingstiden er cirka 37 minutter.

Stålproduktion ved hjælp af en lysbue er kun økonomisk rentabel, hvis der er elektricitet nok med et veludbygget netværk. Mange steder opererer møllerne i lavtæppet, når forsyningsselskaber har overskudsproduktionskapacitet, og prisen pr. meter er lavere.

Operation

Lbuestålovnen hælder stål i en lille øsemaskine. Metalskrot leveres til en fordybning, der er placeret ved siden af smelteværket. Skrot plejer at komme i to hovedvarianter: skrot (hvidevarer, biler og andre genstande fremstillet af lignendelet stål) og tung smeltning (store plader og bjælker), samt noget direkte reduceret jern (DRI) eller råjern til kemisk balance. Separate ovne smelter næsten 100 % DRI.

Næste trin

Skrottet fyldes i store spande, kaldet kurve, med klapdøre til bunden. Der skal sørges for, at skrotet ligger i kurven for at sikre en god drift af ovnen. En stærk smelte lægges ovenpå med et let lag af en beskyttende strimler, hvorpå en anden del ligger. Alle skal være til stede i ovnen efter påfyldning. På dette tidspunkt kan kurven flytte ind i skrotforvarmeren, som bruger de varme afgasser fra smelteren til at genvinde energi, hvilket forbedrer effektiviteten.

Overflow

Derefter føres fartøjet til smelteværket, ovnens tag åbnes og materialet læsses ind i det. Overførsel er en af de farligste operationer for operatører. En masse potentiel energi frigives af tonsvis af faldende metal. Eventuelt flydende stof i ovnen skubbes ofte op og ud af fast skrot og fedt. Støv på metal antændes, hvis ovnen er varm, hvilket får en ildkugle til at bryde ud.

I nogle dobbeltskalsanordninger fyldes skrot i den anden, mens den første smelter, og forvarmes af udstødningsgassen fra den aktive del. Andre operationer er: kontinuerlig læsning og arbejde med temperatur på et transportbånd, som så læsser metallet ind i selve ovnen. Andre enheder kan startevarmt stof fra andre operationer.

Voltage

Efter opladning læner taget sig tilbage over ovnen, og smeltningen begynder. Elektroderne sænkes ned på skrotet, der skabes en bue, og derefter indstilles de, så de spredes i krummelaget øverst på apparatet. Lave spændinger er valgt til denne operation for at beskytte taget og væggene mod overdreven varme og lysbueskader.

Når elektroderne har nået den tunge afsmeltning i bunden af ovnen, og bølgerne er afskærmet af kobenet, kan spændingen øges og elektroderne hæves en smule, hvilket forlænger og øger effekten til smelten. Dette gør det muligt for den smeltede pool at dannes hurtigere, hvilket reducerer aftapningstiden.

Oxygen blæses ind i metalskrot, brændende eller skærende stål, og yderligere kemisk varme leveres af vægbrændere. Begge processer fremskynder smeltningen af stoffet. Supersoniske dyser tillader iltstråler at trænge ind i den skummende slagge og nå væskebadet.

Oxidation af urenheder

En vigtig del af stålfremstilling er dannelsen af slagger, der flyder på overfladen af det smeltede stål. Det er norm alt sammensat af metaloxider og fungerer også som et sted til at opsamle oxiderede urenheder, som et termisk tæppe (stopper for stort varmetab) og hjælper også med at reducere erosion af den ildfaste foring.

For en ovn med basiske ildfaste materialer, der producerer kulstofstål, er de almindelige slaggedannere calciumoxid (CaO i form af calcineret)kalk) og magnesium (MgO i form af dolomit og magnesit.). Disse stoffer fyldes enten med skrot eller blæses ind i ovnen under nedsmeltning.

En anden vigtig komponent er jernoxid, der dannes, når stål brændes med ilt. Senere, når det opvarmes, sprøjtes kulstof (i form af kul) ind i dette lag, hvilket reagerer med jernoxid for at danne metal og kulilte. Dette resulterer i opskumning af slaggen, hvilket resulterer i større termisk effektivitet. Belægningen forhindrer beskadigelse af ovnens tag og sidevægge fra strålevarme.

Forbrænding af urenheder

Når metalskrotet er helt smeltet, og en flad pool er nået, kan en anden spand fyldes i ovnen. Efter at den anden ladning er fuldstændig smeltet, udføres raffineringsoperationer for at kontrollere og korrigere stålets kemiske sammensætning og overophede smelten til over dets frysepunkt som forberedelse til tapning. Der indføres flere slaggedannere, og der kommer meget ilt i badet, hvilket forbrænder urenheder som silicium, svovl, fosfor, aluminium, mangan og calcium og fjerner deres oxider til slagger.

Fjernelse af kulstof sker, efter at disse elementer er brændt ud først, da de minder mere om ilt. Metaller, der har en lavere affinitet end jern, såsom nikkel og kobber, kan ikke fjernes ved oxidation og skal kun kontrolleres gennem kemi. Dette er f.eks. introduktionen af direkte reduceret jern og støbejern nævnt tidligere.

Skummende slaggervedvarer hele vejen igennem og løber ofte over ovnen for at flyde over fra døren til den tilsigtede brønd. Temperaturmåling og kemikalievalg udføres ved hjælp af automatiske spyd. Ilt og kulstof kan måles mekanisk med specielle sonder, der er nedsænket i stål.

Produktionsfordele

Ved hjælp af et kontrolsystem til stålsmeltebueovne er det muligt at fremstille stål af 100 % råmateriale - metalskrot. Dette reducerer i høj grad den energi, der kræves for at producere stoffet, sammenlignet med primær produktion fra malme.

En anden fordel er fleksibilitet: Mens højovne ikke kan variere væsentligt og kan køre i årevis, kan denne startes og lukkes hurtigt ned. Dette gør det muligt for stålværket at variere produktionen baseret på efterspørgsel.

Typisk lysbuestålovn er kilden til stål til minimøller, som kan producere stang- eller båndprodukter. Minismelteværker kan placeres relativt tæt på stålmarkederne, og transportkravene er mindre end for et integreret anlæg, som norm alt er placeret tæt på kysten for adgang til skibsfart.

Arc Steel Furnace Device

Det skematiske tværsnit er en elektrode, der hæves og sænkes af et tandstangsdrev. Overfladen er beklædt med ildfaste mursten og bundbeklædning. Døren giver adgang til det indredele af enheden. Ovnkroppen hviler på vippearme, så den kan vippes til bankning.