Kaariteräsuuni: laite, toimintaperiaate, teho, ohjausjärjestelmä

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Teräskaariuuni (EAF) on laite, joka lämmittää materiaalia sähköisellä taivutuksella.

Teollisuuslaitteet vaihtelevat pienistä yksiköistä, joiden teho on noin yksi tonni (käytetään valimoissa valurautatuotteiden valmistukseen) 400 yksikköön tonnia kohti, jota käytetään teräksen kierrätykseen. Tutkimuslaboratorioissa käytettävät teräskaappiuunit, EAF, voivat olla vain muutaman kymmenen gramman kapasiteettia. Teollisuuslaitteiden lämpötila voi nousta 1 800 °C:seen (3272 °F), kun taas laboratoriolaitteistot ylittävät 3 000 °C (5432 °F).

Kaariteräsuunit (EAF) eroavat induktiouuneista siinä, että ladattava materiaali altistetaan suoraan sähköiselle taivutukselle ja liittimissä oleva virta kulkee varatun materiaalin läpi.

Rakennus

Kaariteräsuunia käytetään teräksen valmistukseen ja se koostuu tulenkestävästä astiasta. Jaettu pääasiassa kolmeen osaan:

• Kuori, joka koostuu sivuseinistä ja pohjateräksestäkulhot.
• Lava, joka on valmistettu tulenkestävästä materiaalista.
• Katto. Se voi olla lämpöä kestävällä vuorauksella tai vesijäähdytteinen. Ja se on myös valmistettu pallon tai katkaistun kartion muodossa (kartiomainen osa). Katto tukee myös keskellään tulenkestävää deltaa, jonka läpi yksi tai useampi grafiittielektrodi menee sisään.

Yksittäiset tuotteet

Takka voi olla puolipallon muotoinen ja sitä tarvitaan epäkeskisessä uunissa pohjan koputukseen. Nykyaikaisissa konepajoissa kaariteräsuuni - EAF 5 - on usein nostettu pohjakerroksen yläpuolelle, jotta kauhat ja kuona-astiat voidaan helposti ohjata kummankin pään alle. Rakenteesta erillään elektrodien tuki ja sähköjärjestelmä sekä k alteva alusta, jolla instrumentti seisoo.

Ainutlaatuinen työkalu

Tyypillinen EAF 3 -terässulatuskaariuuni saa virtansa kolmivaiheisesta lähteestä ja siksi siinä on kolme elektrodia. Niissä on pyöreä osa ja pääsääntöisesti segmentit kierreliitoksilla, jotta kulumisen myötä voidaan lisätä uusia elementtejä.

Valokaari muodostuu varatun materiaalin ja elektrodin väliin. Varausta lämmittää sekä sen läpi kulkeva virta että aallon vapauttama säteilevä energia. Lämpötila saavuttaa noin 3000 °C (5000 °F), jolloin elektrodien alaosat hehkuvat kuin hehkulamput, kun kaariuuni on toiminnassa.

Elementit nostetaan ja lasketaan automaattisesti paikannusjärjestelmällä, joka voi käyttää mitä tahansa sähköävinssi, nostimet tai hydraulisylinterit. Säätö ylläpitää suunnilleen vakiovirtaa. Mikä on kaariuunin virrankulutus? Se pysyy vakiona varauksen sulamisen aikana, vaikka romu saattaa sulaessaan liikkua elektrodien alle. Elementtiä pitävät maston holkit voivat kantaa joko raskaita virtakiskoja (jotka voivat olla vesijäähdytteisiä onttoja kupariputkia, jotka syöttävät virtaa puristimiin) tai "kuumaholkkeja", joissa koko yläosa kantaa varausta, mikä lisää tehokkuutta.

Jälkimmäinen tyyppi voidaan valmistaa kuparipinnoitetusta teräksestä tai alumiinista. Suuret vesijäähdytteiset kaapelit yhdistävät kiskot tai kannakkeet uunin vieressä olevaan muuntajaan. Vastaava työkalu asennetaan varastoon ja jäähdytetään vedellä.

Kieroitus ja muut toiminnot

EAF 50 teräskaariuuni on rakennettu k altevalle alustalle, jotta nestemäinen teräs voidaan kaataa toiseen säiliöön kuljetusta varten. Kallistamista sulan teräksen siirtämiseksi kutsutaan kierteitykseksi. Aluksi kaikissa kaariuunin teräsholveissa oli tulenkestävällä materiaalilla päällystetty poistokouru, joka huuhtoutui pois kallistettaessa.

Mutta usein nykyaikaisissa laitteissa on epäkeskopohjainen poistoventtiili (EBT), joka vähentää typen ja kuonan joutumista nestemäiseen teräkseen. Näissä uuneissa on aukko, joka kulkee pystysuunnassa tulisijan ja vaipan läpi ja on poissa keskeltä kapeassa munanmuotoisessa "nokassa". Se on täynnätulenkestävää hiekkaa.

Nykyaikaisissa laitoksissa voi olla kaksi kuorta, joissa on yksi sarja elektrodeja, jotka viedään niiden väliin. Ensimmäinen osa lämmittää romun, kun taas toista käytetään sulatukseen. Muissa tasavirtauuneissa on samanlainen asettelu, mutta niissä on elektrodit jokaiselle vaipalle ja yksi elektroniikkasarja.

Happielementit

AC-uuneissa on yleensä kuumia ja kylmiä kohtia tulisijan kehällä, joka sijaitsee elektrodien välissä. Nykyaikaisissa happipolttoainepolttimet on asennettu sivuseinään. Niitä käytetään syöttämään kemiallista energiaa miinusvyöhykkeille, mikä tekee teräksen kuumennuksesta tasaisempaa. Lisätehoa saadaan syöttämällä uuniin happea ja hiiltä. Historiallisesti tämä tehtiin kuona-ovessa olevilla keihäillä (keihät teräsputket), nyt se tehdään enimmäkseen seinään asennetuilla ruiskutusyksiköillä, jotka yhdistävät happipolttoainepolttimet ja ilmansyöttöjärjestelmät yhdeksi astiaksi.

Nykyaikaisessa keskikokoisessa teräsuunissa on muuntaja, jonka teho on noin 60 000 000 volttia ampeeria (60 MVA), toisiojännite 400 - 900 ja virta yli 44 000. Nykyaikaisessa liikkeessä tällainen uunin odotetaan tuottavan 80 tonnia nestemäistä terästä noin 50 minuutissa kylmästä romun lastauksesta laskuun.

Verrattuna perushappiuunien kapasiteetti voi olla 150-300 tonnia erää kohden tai "lämpenee" ja tuottaa lämpöä 30-40 minuuttia. Uunin suunnittelun ja toiminnan yksityiskohdissa on v altavia eroja,riippuen lopputuotteesta ja paikallisista olosuhteista sekä meneillään olevasta tutkimuksesta laitoksen tehokkuuden parantamiseksi.

Suurin pelkkä romu (hanan painon ja muuntajan nimellisarvon suhteen) on Japanista viety tasavirtalaite, jonka väliottopaino on 420 tonnia ja jota syötetään kahdeksalla 32 MVA:n muuntajalla, joiden kokonaisteho on 256 MBA.

Tonnin terästä valmistaminen valokaariuunissa kestää noin 400 kilowattituntia eli noin 440 kWh per metri. Teoreettinen vähimmäisenergia, joka tarvitaan romuteräksen sulattamiseen, on 300 kWh (sulamispiste 1520 °C / 2768 °F). Siksi 300 tonnin EAF, jonka teho on 300 MVA, vaatii noin 132 MWh energiaa ja käynnistysaika on noin 37 minuuttia.

Teräksen tuotanto kaarella on taloudellisesti kannattavaa vain, jos sähköä on tarpeeksi hyvin kehittyneellä verkossa. Monissa paikoissa tehtaat toimivat ruuhka-aikojen ulkopuolella, kun laitoksilla on ylituotantokapasiteettia ja metrihinta on alhaisempi.

Operaatio

Kaariteräsuuni kaataa terästä pieneen kauhakoneeseen. Metalliromu toimitetaan sulaton vieressä olevaan syvennykseen. Romua on yleensä kahta päätyyppiä: romua (kotitavarat, autot ja muut vastaavasta valmistetut tavaratkevyt teräs) ja raskas sulate (isot laatat ja palkit), sekä jonkin verran suoraa pelkistettyä rautaa (DRI) tai harkkorautaa kemiallisen tasapainon saavuttamiseksi. Erilliset uunit sulattavat lähes 100 % DRI.

Seuraava vaihe

Romu ladataan suuriin kauhoihin, joita kutsutaan koreiksi ja joiden pohjaa varten on simpukkaovet. Uunin hyvän toiminnan varmistamiseksi on huolehdittava siitä, että romu on korissa. Vahva sulate asetetaan päälle kevyellä kerroksella suojaavaa silppua, jonka päällä on toinen osa. Niiden kaikkien on oltava uunissa lataamisen jälkeen. Tässä vaiheessa kori voi siirtyä romun esilämmittimeen, joka käyttää sulaton kuumia poistokaasuja energian t alteenottoon, mikä parantaa tehokkuutta.

Ylivuoto

Sitten astia viedään sulattoon, uunin katto avataan ja materiaali ladataan siihen. Siirtäminen on yksi vaarallisimmista toiminnoista käyttäjille. Tonnet putoavat metallit vapauttavat paljon potentiaalista energiaa. Uunissa oleva nestemäinen aines työntyy usein ylös ja ulos kiinteän romun ja rasvan vaikutuksesta. Metallin pinnalla oleva pöly syttyy palamaan, jos uuni on kuuma, mikä aiheuttaa tulipallon purkauksen.

Joissakin kaksikuorisissa laitteissa romu ladataan toiseen, kun ensimmäinen sulaa, ja esilämmitetään aktiivisen osan pakokaasulla. Muita toimintoja ovat: jatkuva kuormaus ja työskentely lämpötilalla kuljetinhihnalla, joka sitten purkaa metallin itse uuniin. Muut laitteet voivat käynnistyäkuuma aine muista toimenpiteistä.

Jännite

Latauksen jälkeen katto nojautuu uunin päälle ja sulaminen alkaa. Elektrodit lasketaan metalliromun päälle, luodaan kaari ja asetetaan sitten niin, että ne leviävät laitteen yläosassa olevaan murukerrokseen. Tätä toimintoa varten valitaan matalat jännitteet, jotta katto ja seinät suojataan liialliselta kuumuudelta ja kaarivaurioilta.

Kun elektrodit ovat saavuttaneet raskaan sulatteen uunin pohjassa ja aallot suojataan sorkkaraudalla, jännitettä voidaan lisätä ja elektrodeja hieman nostaa, mikä pidentää ja lisää sulatteen tehoa. Tämä mahdollistaa sulan altaan muodostumisen nopeammin, mikä vähentää väliottoaikaa.

Happea puhalletaan metalliromuun, palavaan tai leikkaavaan teräkseen, ja kemiallista lisälämpöä tuotetaan seinäpolttimilla. Molemmat prosessit nopeuttavat aineen sulamista. Yliäänisuuttimet sallivat happisuihkujen tunkeutua vaahtoavaan kuonaan ja saavuttaa nestehauteen.

Epäpuhtauksien hapettuminen

Tärkeä osa teräksenvalmistusta on kuonan muodostuminen, joka kelluu sulan teräksen pinnalla. Se koostuu yleensä metallioksideista ja toimii myös hapettuneiden epäpuhtauksien keräämispaikkana, lämpöpeitteenä (estää liiallisen lämpöhäviön) ja auttaa myös vähentämään tulenkestävän vuorauksen eroosiota.

Uuneissa, joissa on emäksisiä tulenkestäviä aineita ja jotka tuottavat hiiliterästä, yleisimmät kuonanmuodostajat ovat kalsiumoksidi (CaO kalsinoidun muodossakalkki) ja magnesium (MgO dolomiitin ja magnesiitin muodossa.). Nämä aineet joko ladataan romulla tai puhalletaan uuniin sulatuksen aikana.

Toinen tärkeä komponentti on rautaoksidi, joka muodostuu, kun terästä poltetaan hapen mukana. Myöhemmin kuumennettaessa hiiltä (hiilen muodossa) ruiskutetaan tähän kerrokseen, joka reagoi rautaoksidin kanssa muodostaen metallia ja hiilimonoksidia. Tämä johtaa kuonan vaahtoamiseen, mikä johtaa parempaan lämpötehokkuuteen. Pinnoite estää uunin kattoa ja sivuseiniä vahingoittamasta säteilylämmöstä.

Epäpuhtauksien palaminen

Kun metalliromu on täysin sulanut ja saavutettu tasainen allas, uuniin voidaan ladata toinen ämpäri. Kun toinen panos on kokonaan sulanut, suoritetaan jauhatustoimenpiteitä teräksen kemiallisen koostumuksen tarkistamiseksi ja korjaamiseksi ja sulatteen tulistaminen jäätymispisteen yläpuolelle ennen kierteitystä. Lisää kuonanmuodostajia, ja kylpyyn pääsee paljon happea, mikä polttaa epäpuhtauksia, kuten piitä, rikkiä, fosforia, alumiinia, mangaania ja kalsiumia, ja poistaa niiden oksideja kuonaksi.

Hiilen poisto tapahtuu sen jälkeen, kun nämä alkuaineet palavat ensin, koska ne muistuttavat enemmän happea. Metalleja, joiden affiniteetti on pienempi kuin raudalla, kuten nikkeliä ja kuparia, ei voida poistaa hapettamalla, ja niitä tulee hallita vain kemian avulla. Tämä on esimerkiksi aiemmin mainittu suoraan pelkistetyn raudan ja valuraudan käyttöönotto.

Vaahtoinen kuonajatkuu koko ajan ja vuotaa usein uunin yli vuotaakseen ovesta aiottuun kuoppaan. Lämpötilan mittaus ja kemikaalien valinta suoritetaan automaattisilla keihäillä. Happi ja hiili voidaan mitata mekaanisesti erityisillä teräkseen upotetuilla antureilla.

Tuotantoedut

Terässulatuskaariuunien ohjausjärjestelmän avulla on mahdollista valmistaa terästä 100 % raaka-aineesta - metalliromusta. Tämä vähentää huomattavasti aineen tuottamiseen tarvittavaa energiaa verrattuna malmien primaarituotantoon.

Toinen etu on joustavuus: vaikka masuunit eivät voi vaihdella merkittävästi ja voivat toimia vuosia, tämä voidaan käynnistää ja sammuttaa nopeasti. Tämän ansiosta terästehdas voi vaihdella tuotantoa kysynnän mukaan.

Tyypillinen kaariteräsuuni on teräksen lähde minimyllylle, joka voi tuottaa tanko- tai nauhatuotteita. Pienasulatat voivat sijaita suhteellisen lähellä teräsmarkkinoita, ja kuljetusvaatimukset ovat pienemmät kuin integroidulla tehtaalla, joka yleensä sijaitsee lähellä rantaa laivaliikenteen pääsyä varten.

Kaariteräsuunilaite

Kaavamainen poikkileikkaus on elektrodi, jota nostetaan ja lasketaan hammastangon avulla. Pinta on vuorattu tulenkestävällä tiilellä ja pohjaverhouksella. Oven kautta pääsee sisätiloihinlaitteen osia. Uunin runko lepää keinuvarsilla, jotta sitä voidaan kallistaa koputusta varten.