Lučna čelična peć: uređaj, princip rada, snaga, sistem upravljanja

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

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

Industrijski uređaji su veličine od malih jedinica, otprilike jedne tone snage (koje se koriste u livnicama za proizvodnju proizvoda od livenog gvožđa) do 400 jedinica po toni, koje se koriste za reciklažu čelika. Lučne čelične peći, EAF, koje se koriste u istraživačkim laboratorijama mogu imati kapacitet od samo nekoliko desetina grama. Temperatura industrijskih uređaja može dostići 1800 °C (3272 °F), dok laboratorijske instalacije prelaze 3000 °C (5432 °F).

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

Izgradnja

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

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

Pojedinačne stavke

Ognjište može imati poluloptasti 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 šljaku mogu lako manevrirati ispod oba kraja. Odvojeno od konstrukcije je nosač elektrode i električni sistem, kao i nagnuta platforma na kojoj stoji instrument.

Jedinstveni alat

Tipična EAF 3 lučna peć za topljenje čelika napaja se trofaznim izvorom i stoga ima tri elektrode. Imaju okrugli presjek i po pravilu segmente sa navojnim spojevima, tako da se habanjem mogu dodati novi elementi.

Luk se formira između nabijenog materijala i elektrode. Naboj se zagrijava kako strujom koja prolazi kroz njega tako i zračenom energijom koju oslobađa val. Temperatura dostiže 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 sistema za pozicioniranje koji može koristiti bilo koji električnivitlo, dizalice ili hidraulične cilindre. Regulacija održava približno konstantnu struju. Kolika je potrošnja električne energije lučne peći? Održava se konstantnim tokom topljenja punjenja, iako se otpad može pomicati ispod elektroda dok se topi. Navlake jarbola koje drže element mogu nositi teške sabirnice (koje mogu biti vodeno hlađene šuplje bakrene cijevi koje dovode struju do stezaljki) ili "vruće navlake" gdje cijeli vrh nosi punjenje, povećavajući efikasnost.

Potonji tip može biti napravljen od bakrenog čelika ili aluminijuma. Veliki vodom hlađeni kablovi povezuju sabirnice ili nosače na transformator koji se nalazi pored pećnice. Sličan alat se ugrađuje u skladište i hladi vodom.

Tapkanje i druge operacije

EAF 50 čelična lučna peć izgrađena je na nagnutoj platformi tako da se tečni čelik može sipati u drugi kontejner za transport. Operacija naginjanja za prijenos rastopljenog čelika naziva se točenje. U početku su svi svodovi lučne peći za proizvodnju čelika imali ispusni otvor prekriven vatrostalnim materijalom, koji je ispran kada se naginje.

Ali često moderna oprema ima ekscentrični donji izlazni ventil (EBT) za smanjenje inkorporacije dušika i šljake u tekući čelik. Ove peći imaju otvor koji prolazi okomito kroz ognjište i školjku i nije u sredini u uskom "izljevu" u obliku jajeta. Popunjeno jevatrostalni pijesak.

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

Elementi kiseonika

AC peći obično imaju uzorak toplih i hladnih tačaka duž perimetra ložišta, smještenih između elektroda. U modernim, gorionici na kisik se ugrađuju u bočni zid. Koriste se za snabdijevanje hemijskom energijom minus zona, što zagrijavanje čelika čini ravnomjernijim. Dodatnu snagu osigurava dovod kisika i ugljika u peć. Istorijski se to radilo sa kopljima (šuplje cijevi od mekog čelika) u vratima od šljake, sada se uglavnom radi sa zidnim jedinicama za ubrizgavanje koje kombinuju gorionike za kisik i sisteme za dovod zraka u jednu posudu.

Moderna čelična peć 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 radnji, kao npr. Očekuje se da će peć proizvesti 80 metričkih tona tekućeg čelika za oko 50 minuta od utovara hladnog otpada do točenja.

U poređenju, osnovne peći za kiseonik mogu imati kapacitet od 150-300 tona po šarži ili se "zagrevaju" i stvaraju toplotu 30-40 minuta. Postoje velike razlike u detaljima dizajna i rada peći,u zavisnosti od finalnog proizvoda i lokalnih uslova, kao i tekućih istraživanja za poboljšanje efikasnosti postrojenja.

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

Potrebno je otprilike 400 kilovat-sati da se proizvede tona čelika u elektrolučnoj peći, ili oko 440 kWh po metrici. Teoretski minimalna energija potrebna za taljenje čeličnog otpada je 300 kWh (tačka topljenja 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 sa dobro razvijenom mrežom. Na mnogim mjestima mlinovi rade u vrijeme van vršnih sati kada komunalna preduzeća imaju višak proizvodnih kapaciteta i cijena po metru je niža.

Operacija

Lučna čelična peć sipa čelik u malu mašinu za lonac. Stari metal se dostavlja u udubljenje koje se nalazi pored topionice. Otpaci obično dolaze u dvije glavne varijante: otpad (bijela tehnika, automobili i drugi predmeti napravljeni od sličnihlakog čelika) i teške taline (velike ploče i grede), kao i nešto direktno reduciranog željeza (DRI) ili sirovog željeza za hemijsku ravnotežu. Odvojene peći tope skoro 100% DRI.

Sljedeći korak

Otpad se puni u velike kante, koje se nazivaju korpe, sa preklopnim vratima za bazu. Mora se voditi računa da se otpad nalazi u korpi kako bi se osigurao dobar rad peći. Odozgo se polaže jaka talina sa laganim slojem zaštitne komade, na čijem vrhu leži drugi dio. Svi oni moraju biti prisutni u pećnici nakon punjenja. U ovom trenutku, korpa se može premjestiti u predgrijač otpada, koji koristi vruće, otpadne plinove iz topionice za obnavljanje energije, poboljšavajući efikasnost.

Overflow

Potom se posuda odvozi u topionicu, otvara se krov peći i u nju se utovara materijal. Transfer je jedna od najopasnijih operacija za operatere. Mnogo potencijalne energije oslobađa se tonama metala koji pada. Bilo koja tečna materija u peći se često potiskuje gore i van čvrstim ostacima i mastima. Prašina na metalu se zapali ako je pećnica vruća, uzrokujući izbijanje vatrene lopte.

U nekim uređajima sa dvostrukom ljuskom, otpad se ubacuje u drugi dok se prvi topi, a prethodno se zagreva izduvnim gasom iz aktivnog dela. Ostale operacije su: kontinuirano utovar i rad sa temperaturom na transportnoj traci, koja potom istovaruje metal u samu peć. Drugi uređaji se mogu pokrenutivruća supstanca iz drugih operacija.

Napon

Nakon punjenja, krov se naginje na peć i počinje topljenje. Elektrode se spuštaju na otpadni metal, stvara se luk, a zatim se postavljaju tako da se šire u sloju mrvica na vrhu uređaja. Niski naponi su odabrani za ovu operaciju kako bi zaštitili krov i zidove od prekomjerne topline i oštećenja luka.

Kada elektrode dođu do teške taline na dnu peći i valovi budu zaštićeni pajserom, napon se može povećati i elektrode lagano podići, produžavajući i povećavajući snagu taline. Ovo omogućava da se rastopljeni bazen brže formira, smanjujući vrijeme ispuštanja.

Kiseonik se ubacuje u otpadni metal, sagoreva ili seče čelik, a dodatnu hemijsku toplotu obezbeđuju zidni gorionici. Oba procesa ubrzavaju topljenje supstance. Supersonične mlaznice omogućavaju mlazovima kiseonika da prodru u pjenušavu šljaku i stignu do tečne kupke.

Oksidacija nečistoća

Važan dio proizvodnje čelika je formiranje šljake koja pluta na površini rastaljenog čelika. Obično se sastoji od metalnih oksida i također djeluje kao mjesto za prikupljanje oksidiranih nečistoća, kao termalni pokrivač (zaustavljanje pretjeranog gubitka topline) i također pomaže u smanjenju erozije vatrostalne obloge.

Za peć sa osnovnim vatrostalnim materijalima za proizvodnju ugljičnog čelika, uobičajeni tvorci šljake su kalcijev oksid (CaO u obliku kalciniranogkreč) i magnezijum (MgO u obliku dolomita i magnezita.). Ove supstance se ili pune otpadom ili se uduvaju u peć tokom topljenja.

Još jedna važna komponenta je željezni oksid, koji nastaje kada se čelik sagorijeva uz uvođenje kisika. Kasnije, kada se zagrije, ugljik (u obliku uglja) se ubrizgava u ovaj sloj, reagirajući sa željeznim oksidom da bi se formirao metal i ugljični monoksid. To rezultira pjenjenje šljake, što rezultira većom termičkom efikasnošću. Premaz sprječava oštećenje krova i bočnih stijenki pećnice od zračne topline.

Sagorevanje nečistoća

Kada se otpadni metal potpuno otopi i dođe do ravnog bazena, u peć se može ubaciti još jedna kanta. Nakon što se drugo punjenje potpuno otopi, izvode se operacije rafiniranja kako bi se provjerio i ispravio kemijski sastav čelika i pregrijavanje taline iznad tačke smrzavanja u pripremi za točenje. Uvodi se više stvaralaca šljake i puno kiseonika ulazi u kadu, sagorevajući nečistoće kao što su silicijum, sumpor, fosfor, aluminijum, mangan i kalcijum, i uklanjajući njihove okside u šljaku.

Uklanjanje ugljika se dešava nakon što ovi elementi prvo izgore, jer su sličniji kiseoniku. Metali koji imaju manji afinitet od željeza, kao što su nikl i bakar, ne mogu se ukloniti oksidacijom i moraju se kontrolirati samo hemijom. Ovo je, na primjer, ranije spomenuto uvođenje direktno reduciranog željeza i lijevanog željeza.

Pjenasta šljakaopstaje kroz cijelu pećnicu i često prelije pećnicu da bi se prelila sa vrata u predviđenu jamu. Mjerenje temperature i odabir kemikalija vrše se pomoću automatskih koplja. Kiseonik i ugljik se mogu mehanički mjeriti posebnim sondama koje su uronjene u čelik.

Prednosti proizvodnje

Upotrebom upravljačkog sistema za lučne peći za topljenje čelika, moguće je proizvoditi čelik od 100% sirovine - otpadnog metala. Ovo uvelike smanjuje energiju potrebnu za proizvodnju supstance, u poređenju sa 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 ugasiti. Ovo omogućava čeličani da varira proizvodnju na osnovu potražnje.

Tipična lučna čelična peć je izvor čelika za mini mlin, koji može proizvoditi šipke ili trake. Mini-topionice mogu biti locirane relativno blizu tržišta čelika, a zahtjevi za transportom su manji nego za integrirano postrojenje, koje se obično nalazi blizu obale radi pristupa transportu.

Uređaj za lučnu čeličnu peć

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