Размеры промышленного оборудования варьируются от небольших единиц, мощностью примерно одна тонна (используется в литейной промышленности для производства изделий из чугуна) до 400 единиц на тонну, используемых для вторичной обработки стали. Печи дуговой металлургии, ДСП, используемые в исследовательских лабораториях, могут иметь емкость всего несколько десятков граммов. Промышленное оборудование может достигать температуры 1800 ° C (3272 ° F), в то время как лабораторное оборудование превышает 3000 ° C (5432 ° F).

Дуговая сталеплавильная печь (DSP) отличается от индукционной тем, что загруженный материал непосредственно подвергается электрическому изгибу, а ток на клеммах проходит через загруженный материал.

Строительство

Эта стальная электродуговая печь используется для производства стали и состоит из огнеупорного корпуса. В основном разделен на три раздела:

• Мантия, состоящая из боковых стенок и нижней стальной «чаши».
• Поддон из огнеупорного материала.
• Крыша. Это может быть жаропрочная или водоохлаждаемая вагонка. А также выполнен в виде шара или усеченного конуса (сечение конуса). Крыша также поддерживает огнеупорную дельту в центре, через которую входят один или несколько графитовых электродов.

Отдельные предметы

Центр может иметь полукруглую форму и необходим в выпускной печи с эксцентриковым подом. В современных цехах арочная печь для выплавки стали — ДСП 5 — часто возвышается над первым этажом, так что чаны и котлы для шлака можно легко перемещать под любым углом. Помимо конструкции имеется опора для электродов и электрическая система, а также наклонная площадка, на которой стоит прибор.

Уникальный инструмент

Типичная дуговая печь для выплавки стали DSP 3 питается от трехфазного источника и поэтому имеет три электрода. Они имеют круглое сечение и, как правило, сегменты с резьбовыми застежками, так что мы можем добавлять новые элементы по мере их ношения.

Между заряженным материалом и электродом возникает дуга. Нагрузка нагревается как током, протекающим через нее, так и излучаемой энергией, испускаемой волной. Температура достигает примерно 3000 ° C (5000 ° F), в результате чего нижние части электрода светятся лампами накаливания при работе дуговой печи.

Элементы автоматически поднимаются и опускаются с помощью системы позиционирования, которая может использовать любую электрическую лебедку, домкраты или гидроцилиндры. Регулировка поддерживает приблизительно постоянный ток. Сколько энергии потребляет электродуговая печь? Заряд остается постоянным во время плавления, даже если лом может перемещаться под электродами во время плавления. Втулки для крепления на мачте, которые удерживают компонент, могут нести либо тяжелые шины (которые могут быть трубками с водяным охлаждением и полыми медными трубками для подачи тока на клеммы), либо «горячие рукава», где вся верхняя часть несет нагрузку, повышая эффективность.

Последний тип может быть выполнен из стали, плакированной медью или алюминием. Большие кабели с водяным охлаждением соединяют шины или опоры с трансформатором рядом с печью. Такой инструмент устанавливается на складе и охлаждается водой.

Касание и другие операции

Печь для обжига стружки 50 сланцевой стали построена на наклонной платформе, так что жидкую сталь можно выливать в другой контейнер для транспортировки. Операция наклона для переноса расплавленной стали называется выпуском. Первоначально все стальные арки дуговой электропечи имели вытяжной желоб, закрытый огнеупорным материалом, который смывался при наклоне.

Но часто современное оборудование имеет эксцентриковый нижний выпускной клапан (EBT) для уменьшения попадания азота и шлака в расплавленную сталь. Эти печи имеют отверстие, которое проходит вертикально через шток и корпус и смещено от центра в узком яйцевидном «носике». Он заполнен огнеупорным песком.

Современные установки могут иметь две оболочки с одним набором электродов, которые переносятся между ними. Первая часть нагревает лом, а вторая часть используется для плавления. Другие печи на постоянном токе имеют аналогичную компоновку, но имеют электроды для каждой оболочки и один комплект электроники.

Кислородные элементы

Духовки переменного тока обычно имеют рисунок горячих и холодных точек по периметру топки, расположенных между электродами. В современных установках кислородные горелки в боковой стенке. Они используются для подачи химической энергии в отрицательные зоны, что делает нагрев более однородным. Дополнительная мощность обеспечивается за счет подачи в печь кислорода и углерода. Раньше это делалось с помощью копий (полые трубы из мягкой стали) в дверце для шлака, теперь это в основном делается с помощью настенных устройств впрыска, которые объединяют кислородотопливные горелки и системы подачи воздуха в одном сосуде.

Современная сталеплавильная печь среднего размера оснащена трансформатором, рассчитанным примерно на 60 000 000 вольт-ампер (60 МВА), с вторичным напряжением от 400 до 900 и током, превышающим 44 000. Ожидается, что в современном цехе эта печь будет производить 80 метрических тонн жидкой стали примерно за 50 минут с момента загрузки холодного металлолома до выпуска.

Для сравнения: печи с первичным кислородом могут иметь производительность 150-300 тонн на партию или «нагрев» и выделять тепло в течение 30-40 минут. Существуют значительные различия в деталях конструкции и работы печи, в зависимости от конечного продукта и местных условий, а также от исследований, проводимых для повышения производительности установки.

Самый большой, разработанный только для металлолома (с точки зрения веса ответвления и номинальной мощности трансформатора), представляет собой экспортированное из Японии устройство постоянного тока весом 420 метрических тонн, питаемое от восьми трансформаторов 32 МВА общей мощностью 256 МВА.

Для производства тонны стали в дуговой электропечи требуется около 400 киловатт-часов для небольшого количества, или около 440 киловатт-часов на метр. Теоретически минимальное количество энергии, необходимое для плавки стального лома, составляет 300 кВтч (точка плавления 1520 ° C / 2768 ° F). Следовательно, для 300-тонного EDP мощностью 300 МВА требуется примерно 132 МВт-ч мощности, а время включения составляет примерно 37 минут.

Производство стали с помощью электрической дуги экономически выгодно только при наличии достаточного количества электроэнергии в хорошо развитой сети. Во многих местах комбинаты работают в непиковые часы, когда у заводов есть избыточные мощности и цена за метр ниже.

Операция

Стальная дуговая печь разливает сталь в небольшой ковш. Лом поступает в полость рядом с сталеплавильным заводом. Лом, как правило, бывает двух основных типов: крошка (бытовая техника, автомобили и другие предметы, изготовленные из аналогичной легкой стали) и тяжелый расплавленный материал (большие плиты и балки), а также некоторое количество железа прямого восстановления (DRI). или чугун для веществ химического равновесия. Индивидуальные печи плавят почти 100% DRI.

следующий шаг

Лом загружается в большие ведра, называемые бункерами, с дверцами, которые откидываются к основанию. Важно хранить лом в корзине для хорошей работы печи. Сверху на легкий защитный слой гиф кладут прочный расплав другой частью сверху. Все должно присутствовать в духовке после загрузки. В этот момент корзина может перемещаться к нагревателю лома, который использует горячие отходящие газы завода для плавления и рекуперации энергии, повышая эффективность.

Переполнение

Затем судно доставляется на сталелитейный завод, свод печи наклоняется и в него загружается материал. Переполнение — одна из самых опасных операций для операторов. Много потенциальной энергии испускает тонны падающего металла. Любое жидкое вещество в печи часто заменяется твердым ломом и жиром. Пыль на металле загорается, когда плита горячая, вызывая вспышку огня.

В некоторых устройствах с двойной оболочкой лом загружается во вторую часть, а первая плавится и нагревается выхлопными газами из активной части. Другие операции: непрерывная загрузка и температурный режим на конвейерной ленте, которая затем выгружает металл в саму печь. Другие устройства могут быть заряжены горячим материалом от других операций.

Напряжение

После зарядки крыша откидывается над печкой и начинается плавление. Электроды опускаются на лом, образуется дуга, а затем их устанавливают таким образом, чтобы крошка распространилась по верхней части устройства. Для этой операции выбраны низкие напряжения, чтобы защитить крышу и стены от избыточного тепла и повреждений арками.

Когда электроды достигают тяжелого расплава у основания печи и волны экранируются ломом, напряжение может быть увеличено, а электроды слегка приподняты, что удлиняет и увеличивает мощность сплава. Это позволяет быстрее формировать ванну расплава, сокращая время, необходимое для разгрузки.

В металлолом вдувается кислород, сталь обжигается или режется, а дополнительное химическое тепло обеспечивается настенными горелками. Оба процесса ускоряют плавление вещества. Ультразвуковые сопла позволяют кислородным соплам проникать во вспенивающийся шлак и достигать ванны с жидкостью.

Окисление загрязняющих веществ

Важной частью производства стали является образование шлака, который плавает на поверхности жидкой стали. Обычно состоящий из оксидов металлов, он также действует как депо для окисленных загрязняющих веществ, как тепловой покров (предотвращает чрезмерные потери тепла), а также помогает уменьшить эрозию огнеупорной футеровки.

Для печи с первичной углеродистой сталью, производящей огнеупоры, типичными шлакообразователями являются оксид кальция (CaO в виде негашеной извести) и магний (MgO в виде доломита и магнезита). Эти вещества либо загружаются вместе с ломом, либо выдуваются в печь во время плавки.

Другой важный компонент — оксид железа, образующийся при обжиге стали с введенным кислородом. Позже при нагревании в этот слой вводится углерод (в форме углерода), который вступает в реакцию с оксидом железа с образованием металла и оксида углерода. Это приводит к вспениванию шлака, что обеспечивает больший тепловой КПД. Покрытие предотвращает повреждение свода и боковых стен печи от теплового излучения.

Сжигание загрязняющих веществ

Когда металлолом полностью расплавится и получится плоская ванна, в печь можно загружать еще одну ложку. После того, как вторая загрузка полностью расплавится, выполняются операции рафинирования для проверки и корректировки химического состава стали и для перегрева сплава выше точки замерзания при подготовке к выпуску. Вводится больше шлаков, и в ванну попадает много кислорода, сжигающего такие загрязнители, как кремний, сера, фосфор, алюминий, марганец и кальций, и удаляя их оксиды в шлак.

Удаление углерода происходит после того, как эти элементы были сожжены, поскольку они больше похожи на кислород. Металлы с более низким сродством, чем железо, такие как никель и медь, не могут быть удалены окислением и должны контролироваться только химически. Это, например, введение вышеупомянутого железа прямого восстановления и чугуна.

Пенистый шлак хранится повсюду, и его часто выливают через печь, чтобы вывести через дверь в предназначенную яму. Измерение температуры и химический скрининг выполняются с помощью автоматических копий. Кислород и углерод можно измерить механически с помощью специальных зондов, погруженных в сталь.

Преимущества для производства

Использование системы управления сталеплавильными печами позволяет производить сталь из 100% сырья — лома. Это значительно снижает количество энергии, необходимой для производства вещества по сравнению с первоначальным производством руды.

Еще одно преимущество — гибкость: хотя доменные печи не могут существенно изменить свою работу и могут работать в течение нескольких лет, экземпляр можно быстро запускать и останавливать. Это позволяет дифференцировать производство стали в зависимости от спроса.

Типичная электродуговая печь является источником стали для мини-стана, который может производить пруток или полосу. Мини-заводы могут быть относительно близки к рынкам стали, а требования к транспортировке ниже, чем для интегрированных заводов, которые обычно располагаются близко к берегу для доступа к судоходству.

Дуговая печь для производства стали: устройство

Схематический разрез представляет собой электрод, который поднимается и опускается с помощью реечной передачи. Поверхность облицована огнеупорным кирпичом нижней стороной вниз. Дверь обеспечивает доступ внутрь устройства. Корпус печи опирается на траверсу так, что ее можно наклонять для нарезания резьбы.