Tērauda loka krāsns: ierīce, darbības princips, jauda, vadības sistēma

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Tērauda loka krāsns (EAF) ir ierīce, kas uzsilda materiālu, elektriski liekot.

Rūpniecisko ierīču izmēri ir no mazām vienībām, aptuveni vienas tonnas jaudas (lieto lietuvēs čuguna izstrādājumu ražošanai) līdz 400 vienībām uz tonnu, ko izmanto tērauda pārstrādei. Loka tērauda krāsnis, EAF, ko izmanto pētniecības laboratorijās, var sver tikai dažus desmitus gramu. Rūpniecisko ierīču temperatūra var sasniegt 1800 °C (3272 °F), savukārt laboratorijas iekārtu temperatūra pārsniedz 3000 °C (5432 °F).

Tērauda loka krāsnis (EAF) atšķiras no indukcijas krāsnīm ar to, ka ielādētais materiāls tiek tieši pakļauts elektriskai liecei, un strāva spailēs iet caur uzlādēto materiālu.

Būvniecība

Tērauda loka krāsns tiek izmantota tērauda ražošanai, un tā sastāv no ugunsizturīga trauka. Galvenokārt sadalīts trīs sadaļās:

• Apvalks, kas sastāv no sānu sienām un apakšējā tēraudabļodas.
• Palete, kas izgatavota no ugunsizturīga materiāla.
• Jumts. Tas var būt ar karstumizturīgu oderi vai ar ūdeni dzesētu. Un tas ir izgatavots arī bumbiņas vai nošķelta konusa formā (koniska daļa). Jumts savā centrā atbalsta arī ugunsizturīgu delta, caur kuru ieplūst viens vai vairāki grafīta elektrodi.

Atsevišķas preces

Pamnam var būt puslodes forma, un tas ir nepieciešams ekscentriskā krāsnī, lai piesitinātu apakšu. Mūsdienu darbnīcās loka tērauda krāsns - EAF 5 - bieži tiek pacelta virs pirmā stāva, lai kausus un izdedžu traukus varētu viegli manevrēt zem abiem galiem. Atsevišķi no konstrukcijas ir elektrodu balsts un elektriskā sistēma, kā arī slīpā platforma, uz kuras atrodas instruments.

Unikāls rīks

Tipiska EAF 3 tērauda kausēšanas loka krāsns tiek darbināta no trīsfāzu avota, un tāpēc tai ir trīs elektrodi. Tiem ir apaļa daļa un, kā likums, segmenti ar vītņotiem savienojumiem, lai, nolietojoties, varētu pievienot jaunus elementus.

Loka veidojas starp uzlādēto materiālu un elektrodu. Lādiņu silda gan caur to ejošā strāva, gan viļņa izstarotā enerģija. Temperatūra sasniedz aptuveni 3000 °C (5000 °F), liekot elektrodu apakšējām daļām spīdēt kā kvēlspuldzēm, kad darbojas loka krāsns.

Elementus automātiski paceļ un nolaiž pozicionēšanas sistēma, kas var izmantot jebkuru elektriskovinča, pacēlāji vai hidrauliskie cilindri. Regulējums uztur aptuveni nemainīgu strāvu. Kāds ir loka krāsns enerģijas patēriņš? Tas tiek saglabāts nemainīgs lādiņa kušanas laikā, lai gan lūžņi kūstot var pārvietoties zem elektrodiem. Masta uzmavas, kas satur elementu, var pārvadāt smagas kopnes (kas var būt ar ūdeni dzesējamas dobas vara caurules, kas piegādā strāvu skavām) vai "karstās uzmavas", kur visa augšdaļa nes lādiņu, palielinot efektivitāti.

Pēdējais veids var būt izgatavots no tērauda vai alumīnija ar vara pārklājumu. Lieli kabeļi ar ūdens dzesēšanu savieno kopnes vai kronšteinus ar transformatoru, kas atrodas blakus cepeškrāsnij. Līdzīgs rīks ir uzstādīts noliktavā un atdzesēts ar ūdeni.

Pieskaršanās un citas darbības

EAF 50 tērauda loka krāsns ir uzbūvēta uz slīpas platformas, lai šķidro tēraudu varētu ieliet citā konteinerā transportēšanai. Sasvēršanas darbību, lai pārvietotu izkausētu tēraudu, sauc par pieskārienu. Sākotnēji visām loka krāsns tērauda velvēm bija izplūdes tekne, kas pārklāta ar ugunsizturīgu materiālu, kas tika izskalota, kad to sasvēra.

Bet bieži modernajām iekārtām ir ekscentrisks apakšējā izplūdes vārsts (EBT), lai samazinātu slāpekļa un izdedžu iekļaušanu šķidrajā tēraudā. Šīm krāsnīm ir atvere, kas vertikāli iziet cauri pavardam un korpusam un atrodas ārpus centra šaurā olas formas "snīpā". Tas ir piepildītsugunsizturīgas smiltis.

Mūsdienu augiem var būt divi apvalki ar vienu elektrodu komplektu, kas tiek nodots starp tiem. Pirmā daļa sasilda lūžņus, bet otru izmanto kausēšanai. Citām līdzstrāvas krāsnīm ir līdzīgs izkārtojums, taču katram apvalkam ir elektrodi un viens elektronikas komplekts.

Skābekļa elementi

Maiņstrāvas krāsnīm parasti ir karsto un auksto punktu raksts gar pavarda perimetru, kas atrodas starp elektrodiem. Mūsdienīgajos sānu sienā ir uzstādīti skābekļa-degvielas degļi. Tos izmanto ķīmiskās enerģijas piegādei mīnus zonām, kas padara tērauda sildīšanu vienmērīgāku. Papildu jauda tiek nodrošināta, piegādājot krāsni skābekli un oglekli. Vēsturiski tas tika darīts ar šķēpiem (vieglas tērauda dobām caurulēm) izdedžu durvīs, tagad tas galvenokārt tiek darīts ar sienas iesmidzināšanas blokiem, kas apvieno skābekļa-degvielas degļus un gaisa padeves sistēmas vienā traukā.

Mūsdienīgai vidēja izmēra tērauda krāsnij ir transformators, kura jauda ir aptuveni 60 000 000 voltu ampēri (60 MVA), sekundārais spriegums ir no 400 līdz 900 un strāva pārsniedz 44 000. Modernā veikalā, piemēram, Paredzams, ka krāsns saražos 80 metriskās tonnas šķidrā tērauda apmēram 50 minūšu laikā no aukstās lūžņu iekraušanas līdz izgriešanai.

Salīdzinājumam, pamata skābekļa krāsnis var būt ar jaudu 150-300 tonnas uz partiju vai "uzkarst" un radīt siltumu 30-40 minūtes. Krāsns konstrukcijas un darbības detaļās ir milzīgas atšķirības,atkarībā no galaprodukta un vietējiem apstākļiem, kā arī notiekošajiem pētījumiem, lai uzlabotu rūpnīcas efektivitāti.

Lielākā tikai lūžņi (pēc krāna svara un transformatora reitinga) ir no Japānas eksportēta līdzstrāvas ierīce, kuras krāna svars ir 420 tonnas un ko baro astoņi 32 MVA transformatori ar kopējo jaudu 256 MBA.

Lai saražotu tonnu tērauda loka krāsnī, ir vajadzīgas aptuveni 400 kilovatstundas jeb aptuveni 440 kWh uz vienu metriku. Teorētiskā minimālā enerģija, kas nepieciešama, lai izkausētu metāllūžņus, ir 300 kWh (kušanas temperatūra 1520 °C / 2768 °F). Tāpēc 300 tonnu EAF ar jaudu 300 MVA prasīs aptuveni 132 MWh enerģijas, un ieslēgšanās laiks ir aptuveni 37 minūtes.

Tērauda ražošana, izmantojot elektrisko loku, ir ekonomiski izdevīga tikai tad, ja ir pietiekami daudz elektroenerģijas ar labi attīstītu tīklu. Daudzviet dzirnavas strādā ārpus noslogojuma stundās, kad komunālajiem uzņēmumiem ir ražošanas jaudas pārpalikums un cena par metru ir zemāka.

Operācija

Tērauda loka krāsns ielej tēraudu nelielā kausa mašīnā. Metāllūžņi tiek nogādāti padziļinājumā, kas atrodas blakus kausētavai. Lūžņiem mēdz būt divas galvenās šķirnes: lūžņi (saimniecības preces, automašīnas un citi priekšmeti, kas izgatavoti no līdzīgiemvieglais tērauds) un smagais kausējums (lielas plātnes un sijas), kā arī daži tiešā veidā reducēti dzelzs (DRI) vai čuguns ķīmiskajam līdzsvaram. Atsevišķas krāsnis izkausē gandrīz 100% DRI.

Nākamā darbība

Lūžņi tiek iekrauti lielos spaiņos, ko sauc par groziem, ar atvāžamām durvīm pamatnei. Jāraugās, lai lūžņi būtu grozā, lai nodrošinātu labu krāsns darbību. Virsū liek stipru kausējumu ar vieglu aizsargšķembu kārtu, uz kuras virsū guļ vēl viena daļa. Visiem tiem pēc iekraušanas jābūt krāsnī. Šajā laikā grozs var pārvietoties uz lūžņu priekšsildītāju, kas izmanto kausēšanas iekārtas karstās izplūdes gāzes, lai atgūtu enerģiju, uzlabojot efektivitāti.

Pārpilde

Tad trauku aizved uz kausēšanas cehu, atver kurtuves jumtu un iekrauj tajā materiālu. Pārsūtīšana ir viena no bīstamākajām operācijām operatoriem. Daudz potenciālās enerģijas atbrīvo tonnām krītošs metāls. Jebkuru šķidru vielu krāsnī bieži izspiež uz augšu un ārā cietie lūžņi un tauki. Putekļi uz metāla aizdegas, ja cepeškrāsns ir karsta, izraisot ugunsbumbas izvirdumu.

Dažās dubultā apvalka ierīcēs lūžņi tiek ievietoti otrajā, kamēr pirmā kūst, un tos iepriekš uzsilda ar aktīvās daļas izplūdes gāzēm. Citas darbības ir: nepārtraukta iekraušana un darbs ar temperatūru uz konveijera lentes, kas pēc tam izkrauj metālu pašā krāsnī. Citas ierīces var sāknētkarsta viela no citām operācijām.

Spriegums

Pēc uzlādes jumts noliecas atpakaļ pār krāsni un sākas kušana. Elektrodi tiek nolaisti uz metāllūžņiem, tiek izveidots loks, un pēc tam tie tiek iestatīti tā, lai tie izkliedētos drupu slānī ierīces augšpusē. Šai darbībai tiek izvēlēti zemie spriegumi, lai aizsargātu jumtu un sienas no pārmērīga karstuma un loka bojājumiem.

Kad elektrodi ir sasnieguši smago kausējumu pie krāsns pamatnes un viļņi ir pasargāti ar lauzni, var palielināt spriegumu un nedaudz pacelt elektrodus, pagarinot un palielinot kausējuma jaudu. Tas ļauj izkausētajam baseinam ātrāk veidoties, samazinot izvadīšanas laiku.

Skābeklis tiek iepūsts metāllūžņos, sadedzinot vai griežot tēraudu, un papildu ķīmisko siltumu nodrošina sienas degļi. Abi procesi paātrina vielas kušanu. Virsskaņas sprauslas ļauj skābekļa strūklām iekļūt putojošajos izdedžos un sasniegt šķidruma vannu.

Piemaisījumu oksidēšana

Svarīga tērauda ražošanas sastāvdaļa ir izdedžu veidošanās, kas peld uz izkausētā tērauda virsmas. Tas parasti sastāv no metālu oksīdiem, kā arī darbojas kā vieta, kur savākt oksidētos piemaisījumus, kā siltuma sega (apturot pārmērīgus siltuma zudumus), kā arī palīdz samazināt ugunsizturīgās oderes eroziju.

Krāsnīm ar pamata ugunsizturīgiem materiāliem, kas ražo oglekļa tēraudu, parastie izdedžu veidotāji ir kalcija oksīds (CaO kalcinētā veidākaļķi) un magniju (MgO dolomīta un magnezīta veidā.). Šīs vielas tiek iekrautas ar lūžņiem vai iepūstas krāsnī kausēšanas laikā.

Vēl viena svarīga sastāvdaļa ir dzelzs oksīds, kas veidojas, sadedzinot tēraudu ar skābekli. Vēlāk, karsējot, šajā slānī tiek ievadīts ogleklis (ogļu veidā), kas reaģē ar dzelzs oksīdu, veidojot metālu un oglekļa monoksīdu. Tā rezultātā rodas izdedžu putošana, kā rezultātā palielinās termiskā efektivitāte. Pārklājums novērš krāsns jumta un sānu sienu bojājumus no siltuma izstarojuma.

Piemaisījumu sadegšana

Kad metāllūžņi ir pilnībā izkusuši un ir sasniegts līdzens baseins, krāsnī var iekraut vēl vienu spaini. Pēc tam, kad otrais lādiņš ir pilnībā izkusis, tiek veiktas attīrīšanas darbības, lai pārbaudītu un koriģētu tērauda ķīmisko sastāvu un pārkarsētu kausējumu virs tā sasalšanas temperatūras, gatavojoties izspiešanai. Tiek ievadīts vairāk izdedžu veidotāju, un vannā nokļūst daudz skābekļa, sadedzinot tādus piemaisījumus kā silīcijs, sērs, fosfors, alumīnijs, mangāns un kalcijs, un to oksīdi tiek noņemti izdedžos.

Oglekļa noņemšana notiek pēc tam, kad šie elementi vispirms izdeg, jo tie ir vairāk līdzīgi skābeklim. Metālus, kuriem ir zemāka afinitāte nekā dzelzi, piemēram, niķeli un varu, nevar atdalīt oksidējot, un tie jākontrolē tikai ar ķīmijas palīdzību. Tas ir, piemēram, iepriekš minētā tiešās reducētās dzelzs un čuguna ieviešana.

Putojoši izdedžisaglabājas visā un bieži pārplūst cepeškrāsnī, lai pārplūstu no durvīm paredzētajā bedrē. Temperatūras mērīšana un ķīmiskā atlase tiek veikta, izmantojot automātiskos šķēpus. Skābekli un oglekli var mērīt mehāniski ar īpašām zondēm, kas ir iegremdētas tēraudā.

Ražošanas priekšrocības

Izmantojot vadības sistēmu tērauda kausēšanas loka krāsnīm, iespējams ražot tēraudu no 100% izejmateriāla - metāllūžņu. Tas ievērojami samazina enerģiju, kas nepieciešama vielas ražošanai, salīdzinot ar primāro ražošanu no rūdām.

Vēl viena priekšrocība ir elastība: lai gan domnas nevar būtiski atšķirties un var darboties gadiem ilgi, šo krāsni var ātri iedarbināt un izslēgt. Tas ļauj tērauda rūpnīcām mainīt ražošanu atkarībā no pieprasījuma.

Tipiska loka tērauda krāsns ir tērauda avots mini dzirnavām, kas var ražot stieņu vai lentes izstrādājumus. Minikausēšanas iekārtas var atrasties salīdzinoši tuvu tērauda tirgiem, un transporta prasības ir mazākas nekā integrētai rūpnīcai, kas parasti atrodas tuvu krastam, lai piekļūtu kuģošanai.

Loka tērauda krāsns ierīce

Shēmiskais šķērsgriezums ir elektrods, ko paceļ un nolaiž ar zobstieņa un zobrata piedziņu. Virsma ir izklāta ar ugunsizturīgiem ķieģeļiem un apakšējo apšuvumu. Durvis ļauj piekļūt iekšpuseiierīces daļas. Cepeškrāsns korpuss balstās uz svirām, lai to varētu noliekt, lai pieskartu.