Дугова сталеплавильна піч: пристрій, принцип роботи, потужність, система управління

Дугова сталеплавильна піч (ДСП) являє собою пристрій, який нагріває матеріал за допомогою електричного вигину.

Промислові прилади розташовані в діапазоні розмірів від маленьких одиниць, приблизно однієї тонни потужності (застосовуються в ливарному виробництві для виготовлення чавунних виробів) до 400 одиниць на тонну, що використовуються для вторинної обробки сталі. Дугові сталеплавильні печі, ДСП, що використовуються в дослідницьких лабораторіях, можуть мати місткість всього кілька десятків грамів. Температура промислових пристроїв може досягати 1800 °C (3272 ° F), тоді як лабораторні установки перевищують 3000 °C (5432 ° F).

Дугові сталеплавильні печі (ДСП) відрізняються від індукційних тим, що матеріал, що завантажується безпосередньо піддається впливу електричного вигину, а струм на висновках проходить через заряджений матеріал.

Будівництво

Дугова сталеплавильна піч використовується для виробництва сталі і складається з вогнетривкого судна. В основному розділена на три секції:

• Оболонка, яка складається з бічних стінок і нижньої сталі " чаші».
• Піддон, який складається з вогнетривкого матеріалу.
• Дах. Вона може бути з жаростійкої футеровкою або водяним охолодженням. І також виконана у вигляді кулі або усіченого конуса (конічна секція). Дах також підтримує вогнетривку дельту в її центрі, через яку входить один або кілька графітових електродів.

Окремі елементи

Вогнище може мати напівсферичну форму і необхідний в ексцентричної печі для вистукування дна. У сучасних цехах дугова сталеплавильна піч-ДСП 5-часто піднімається над першим поверхом, так що ковші і шлакові горщики можна легко маневрувати під будь-яким кінцем. Окремо від конструкції знаходиться опора електрода і електрична система, а також Похила платформа, на якій стоїть інструмент.

Унікальний інструмент

Типова дугова сталеплавильна піч ДСП 3 живиться від трифазного джерела і тому має три електроди. У них розташовано круглий перетин і, як правило, сегменти з різьбовими з`єднаннями, так що в міру зносу можна додавати нові елементи.

Дуга утворюється між зарядженим матеріалом і електродом. Заряд нагрівається як струмом, що проходить через нього, так і випромінюваною енергією, що виділяється хвилею. Температура досягає близько 3000 °C (5000 ° F), в результаті чого нижні секції електродів світяться лампами розжарювання при роботі дугової сталеплавильної печі.

Елементи автоматично піднімаються і опускаються системою позиціонування, яка може використовувати будь-яку електричну лебідку, підйомники або гідравлічні циліндри. Регулювання підтримує приблизно постійний струм. А яка потужність споживається дугового сталеплавильної піччю? Вона підтримується постійною під час плавлення заряду, навіть незважаючи на те що лом може переміщатися під електродами при його плавленні. Щоглові рукави, що утримують елемент, можуть або нести важкі шини (які можуть бути порожнистими мідними трубами з водяним охолодженням, що підводять струм до затискачів», або "гарячими рукавами" , де вся верхня частина несе заряд, збільшуючи ефективність.

Останній тип може бути виготовлений з покритої міддю сталі або алюмінію. Великі кабелі з водяним охолодженням з`єднують шини або кронштейни з трансформатором, розташованим біля печі. Подібний інструмент встановлюється в сховище і охолоджується водою.

Постукування та інші операції

Піч дугова сталеплавильна ДСП 50 побудована на похилій платформі, так що рідку сталь можна наливати в іншу ємність для транспортування. Операція нахилу для перенесення розплавленої сталі називається постукуванням. Спочатку все сталеплавильні склепіння дугового печі мали випускний жолоб, закритий вогнетривкою, який вимивався при її нахилі.

Але часто сучасне обладнання має ексцентричний нижній випускний кран (EBT) для зменшення включення азоту та шлаку в рідку сталь. У цих печах є отвір, який проходить вертикально через вогнище і оболонку і зміщений від центру у вузькому» носику " у формі яйця. Він заповнений вогнетривким піском.

Сучасні заводи можуть мати дві оболонки з одним набором електродів, які передаються між ними. Перша частина нагріває брухт, а інша використовується для розплавлення. Інші печі на основі постійного струму мають аналогічне розташування, але володіють електродами для кожної оболонки і одним комплектом електроніки.

Кисневі елементи

Печі змінного струму зазвичай мають малюнок гарячих і холодних плям по периметру вогнища, розташованих між електродами. В сучасні встановлюють киснево-паливні пальники в бічній стінці. Використовують їх для подачі хімічної енергії в мінусові зони, що робить нагрів стали більш рівномірним. Додаткова сила забезпечується шляхом подачі кисню і вуглецю в піч. Історично це робилося за допомогою копій (порожнистих труб з м`якої сталі) в дверцятах шлаку, тепер це в основному робиться за допомогою настінних інжекційних блоків, які об`єднують киснево-паливні пальники і системи подачі повітря в одну посудину.

Сучасна сталеливарна піч середнього розміру має трансформатор з номінальною потужністю близько 60 000 000 вольт-ампер(60 МВА), з вторинною напругою від 400 до 900 і струмом, що перевищує 44 000. Очікується, що в сучасному цеху така піч виробить 80 метричних тонн рідкої сталі приблизно за 50 хвилин від завантаження холодного брухту до випуску.

Для порівняння, основні кисневі печі можуть мати потужність 150-300 тонн на партію або «нагрівати " і виділяти тепло протягом 30-40 хвилин. Існують величезні відмінності в деталях конструкції печі і її експлуатації, в залежності від кінцевого продукту і місцевих умов, а також від проведених досліджень для підвищення ефективності установки.

Найбільший, призначений лише для брухту (з точки зору маси відгалуження та номінальної потужності трансформатора), - це пристрій постійного струму, експортований з Японії, з масою відводу 420 метричних тонн і живиться вісьмома трансформаторами 32 МВА для загальної потужності 256 МВА.

Для виробництва тонни сталі в електродуговій печі потрібно приблизно 400 кіловат-годин на коротку величину або близько 440 кВт-год на метричну. Теоретична мінімальна кількість енергії, необхідне для плавки сталевого брухту, становить 300 кВт-год (температура плавлення 1520 °C / 2768 ° F). Тому для 300-тонного ЕДП потужністю 300 МВА буде потрібно близько 132 Мвтг енергії, а час включення становить приблизно 37 хвилин.

Виробництво сталі з використанням електричної дуги економічно вигідно тільки при наявності достатньої кількості електроенергії з добре розвиненою мережею. У багатьох місцях млини працюють у непікові години, коли комунальні послуги мають надлишкову потужність виробництва, а ціна на лічильник нижча.

Операція

Дугова сталеплавильна піч розливає сталь у невелику ковшову машину. Металобрухт доставляється в поглиблення, розташоване поруч з плавильним цехом. Скрап, як правило, буває двох основних сортів: клаптик (Білі товари ,автомобілі та інші предмети, виготовлені з аналогічної легкої сталі) і важкий розплав (великі сляби і балки), а також деяка кількість заліза прямого відновлення (DRI) або чавуну для хімічного балансу. Окремі печі плавлять майже на 100% DRI.

Наступний етап

Лом завантажується у великі відра, які називаються кошиками, з дверцятами-розкладачками для основи. Необхідно стежити за тим, щоб лом був в кошику, щоб забезпечити хорошу роботу печі. Сильний розплав укладається зверху легким шаром захисного клаптика, поверх якого лягає ще частина. Всі вони повинні бути присутніми в печі після завантаження. В цей час кошик може перейти в попередній нагрівач брухту, який використовує гарячі, що відходять гази установки для плавки і рекуперації енергії, підвищуючи ефективність.

Перелив

Потім посудину доставляють в плавильний цех, відкидають дах печі і в неї завантажують матеріал. Перелив є однією з найбільш небезпечних операцій для операторів. Багато потенційної енергії виділяється тоннами падаючого металу. Будь-яка рідка речовина в печі часто витісняється твердим брухтом і мастилом вгору і назовні. Пил на металі запалюється, якщо піч гаряча, що призводить до спалаху вогненної кулі.

У деяких пристроях з подвійною оболонкою лом завантажується в другу, поки перша розплавляється, і попередньо нагрівається відходить газом з активної частини. Іншими операціями є: безперервне завантаження і роботи з температурою на конвеєрній стрічці, яка потім вивантажує метал в саму піч. Інші пристрої можуть завантажуватися гарячою речовиною з інших операцій.

Напруга

Після зарядки дах відкидається над піччю і починається розплавлення. Електроди опускаються на металобрухт, виникає дуга, і потім вони встановлюються так, щоб розтікалися в шарі крихти у верхній частині пристрою. Низькі напруги вибираються для цієї операції, щоб захистити дах і стіни від надмірного нагрівання і пошкодження від дуг.

Після того, як електроди досягли важкого розплаву в основі печі, а хвилі захищені брухтом, напруга може бути збільшена, а електроди трохи підняті, подовжуючи і збільшуючи потужність для розплаву. Це дозволяє більш швидко утворювати розплавлену ванну, скорочуючи час відводів до випуску.

Кисень видувається в металобрухт, спалює або розрізає сталь, а додаткове хімічне тепло забезпечується настінними пальниками. Обидва процеси прискорюють розплавлення речовини. Надзвукові форсунки дозволяють кисневим струменям проникати в пінистий шлак і досягати рідкої ванни.

Окислення домішок

Важливою частиною сталеплавильного виробництва є утворення шлаку, який плаває на поверхні розплавленої сталі. Він зазвичай складається з металевих оксидів, а також діє як місця для збору окислених домішок, як термоодеяла (зупинка надмірних втрат тепла), а також допомагає знизити ерозію вогнетривкої футеровки.

Для печі з основними вогнетривами, що виробляє вуглецеву сталь, звичайними шлакоутворювачами є оксид кальцію (CaO у вигляді обпаленої вапна) і магнію (MgO у формі доломіту і магнезиту.). Ці речовини або завантажуються з брухтом, або видуваються в піч під час розплавлення.

Іншим важливим компонентом є оксид заліза, що утворюється при спалюванні сталі з введеним киснем. Пізніше при нагріванні вуглець (у формі вугілля) впорскується в цей шар, вступаючи в реакцію з оксидом заліза з утворенням металу і окису вуглецю. Це призводить до спінювання шлаку, що забезпечує більшу термічну ефективність. Покриття запобігає пошкодженню даху і бічних стінок печі від променистого тепла.

Спалювання домішок

Як тільки металобрухт повністю розплавиться і буде досягнута плоска ванна, в піч може бути завантажено ще одне відро. Після того як другий заряд повністю розплавлений, проводяться операції рафінування для перевірки і коригування хімічного складу сталі і перегріву розплаву вище його температури замерзання при підготовці до випуску. Вводиться більше шлакоутворювачів, і в ванну надходить багато кисню, спалюючи такі домішки, як кремній, сірка, фосфор, алюміній, марганець і кальцій, і видаляючи їх оксиди в шлак.

Прибирання вуглецю відбувається після того як ці елементи вигорять першими, так як вони мають більшу схожість з киснем. Метали, які мають більш низьку спорідненість, ніж залізо, такі як нікель і мідь, не можуть бути видалені шляхом окислення і повинні контролюватися тільки за допомогою хімії. Це, наприклад, введення заліза прямого відновлення і чавуну, згаданих раніше.

Пінистий шлак зберігається всюди і часто переповнює піч, щоб вилитися з дверцят в призначену яму. Вимірювання температури і хімічний відбір виробляються за допомогою автоматичних копій. Кисень і вуглець можуть бути механічно виміряні спеціальними зондами, які занурюються в сталь.

Переваги для виробництва

Використання системи управління дуговими сталеплавильними печами дозволяє виготовляти сталь з 100% сировини - металобрухту. Це значно знижує енергію, необхідну для виробництва речовини, порівняно з первинним виготовленням з руд.

Ще однією перевагою є гнучкість: в той час як доменні печі не можуть значно варіювати свою роботу і можуть працювати протягом декількох років, даний екземпляр можна швидко запускати і зупиняти. Це дозволяє сталеливарному заводу змінювати виробництво залежно від попиту.

Типова дугова сталеплавильна піч є джерелом сталі для міні-млина, яка може виробляти брусок або смуговий виріб. Міні-заводи можуть бути розташовані відносно близько до ринків металопродукції, а транспортні вимоги менше, ніж для інтегрованого заводу, який зазвичай розташовується біля берега для доступу до відвантаження.

Дугова сталеплавильна піч: пристрій

Схематичний поперечний переріз - це електрод, який піднімається і опускається рейковим приводом. Поверхня облицьована вогнетривкою цеглою і нижньою облицюванням. Двері дозволяє отримати доступ до внутрішньої частини пристрою. Корпус печі спирається на коромисла, щоб його можна було нахиляти для постукування.