Boogstaaloond: toestel, bedryfsbeginsel, krag, beheerstelsel

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

'n Staalboogoond (EAF) is 'n toestel wat materiaal verhit deur elektriese buiging.

Nywerheidstoestelle wissel in grootte van klein eenhede, rofweg een ton krag (wat in gieterye gebruik word om gietysterprodukte te maak) tot 400 eenhede per ton, wat vir staalherwinning gebruik word. Boogstaaloonde, EAF, wat in navorsingslaboratoriums gebruik word, kan 'n kapasiteit van slegs 'n paar tientalle gram hê. Die temperatuur van industriële toestelle kan 1800 °C (3272 °F) bereik, terwyl laboratoriuminstallasies 3000 °C (5432 °F) oorskry.

Boogstaaloonde (EAF's) verskil van induksie-oonde deurdat die materiaal wat gelaai word direk aan elektriese buiging onderwerp word, en die stroom by die terminale gaan deur die gelaaide materiaal.

Konstruksie

Boogstaaloond word vir staalproduksie gebruik en bestaan uit 'n vuurvaste houer. Hoofsaaklik in drie afdelings verdeel:

• Skulp, wat uit symure en onderste staal bestaanrolbal.
• Pallet wat van vuurvaste materiaal gemaak is.
• Dak. Dit kan met 'n hittebestande voering of waterverkoel wees. En dit word ook gemaak in die vorm van 'n bal of 'n afgeknotte keël (kegelvormige gedeelte). Die dak ondersteun ook 'n vuurvaste delta in sy middel waardeur een of meer grafietelektrodes ingaan.

Individuele items

Die vuurherd kan 'n halfronde vorm hê en word in 'n eksentrieke oond benodig om die bodem te tap. In moderne werkswinkels word die boogstaaloond - EAF 5 - dikwels bo die grondvloer verhef sodat skeplepels en slakpotte maklik onder albei kante gemaneuvreer kan word. Afsonderlik van die struktuur is die elektrodesteun en elektriese stelsel, asook die skuins platform waarop die instrument staan.

Unieke nutsmiddel

'n Tipiese EAF 3-staalsmeltboogoond word deur 'n driefasebron aangedryf en het dus drie elektrodes. Hulle het 'n ronde seksie en as 'n reël segmente met skroefdraadverbindings, sodat nuwe elemente bygevoeg kan word namate hulle slyt.

Die boog word tussen die gelaaide materiaal en die elektrode gevorm. Die lading word verhit beide deur die stroom wat daardeur gaan en deur die uitgestraalde energie wat deur die golf vrygestel word. Die temperatuur bereik ongeveer 3000 °C (5000 °F), wat veroorsaak dat die onderste dele van die elektrodes soos gloeilampe gloei wanneer die boogoond in werking is.

Elemente word outomaties opgelig en verlaag deur 'n posisioneringstelsel wat enige elektriese kan gebruiklier, takels of hidrouliese silinders. Die regulasie handhaaf 'n ongeveer konstante stroom. Wat is die kragverbruik van 'n boogoond? Dit word konstant gehou tydens ladingsmelting, selfs al kan die afval onder die elektrodes beweeg soos dit smelt. Die masmoue wat die element vashou, kan óf swaar rails dra (wat waterverkoelde hol koperbuise kan wees wat stroom aan die klemme verskaf) óf "warm moue" waar die hele bokant die lading dra, wat doeltreffendheid verhoog.

Laasgenoemde tipe kan van koperbedekte staal of aluminium gemaak word. Groot waterverkoelde kabels verbind rails of hakies aan 'n transformator wat langs die oond geleë is. 'n Soortgelyke gereedskap word in die stoor geïnstalleer en met water afgekoel.

Tap en ander bewerkings

Die EAF 50-staalboogoond is op 'n skuins platform gebou sodat vloeibare staal in 'n ander houer gegooi kan word vir vervoer. Die kantelbewerking om gesmelte staal oor te dra, word tap genoem. Aanvanklik het alle staalvervaardigende kluise van die boogoond 'n uitlaatgoot gehad wat met vuurvaste materiaal bedek is, wat uitgespoel is toe dit gekantel is.

Maar dikwels het moderne toerusting 'n eksentrieke onderste uitlaatklep (EBT) om die inkorporering van stikstof en slak in die vloeibare staal te verminder. Hierdie oonde het 'n opening wat vertikaal deur die vuurherd en dop loop en is buite die middel in 'n smal eiervormige "tuit". Dit is gevulvuurvaste sand.

Moderne plante kan twee doppe hê met een stel elektrodes wat tussen hulle deurgevoer word. Die eerste deel verhit die afval, terwyl die ander vir smelt gebruik word. Ander GS-oonde het 'n soortgelyke uitleg, maar het elektrodes vir elke skede en een stel elektronika.

Suurstofelemente

AC-oonde het gewoonlik 'n patroon van warm en koue kolle langs die omtrek van die vuurherd, geleë tussen die elektrodes. In moderne branders word suurbrandstofbranders in die symuur geïnstalleer. Hulle word gebruik om chemiese energie aan minus sones te verskaf, wat die verhitting van staal meer eenvormig maak. Bykomende krag word verskaf deur suurstof en koolstof aan die oond te verskaf. Histories is dit gedoen met spiese (sagte staal hol buise) in die slakdeur, nou word dit meestal gedoen met muurgemonteerde inspuitingseenhede wat suurbrandstofbranders en lugtoevoerstelsels in een houer kombineer.

'n Moderne mediumgrootte staaloond het 'n transformator wat gegradeer is op ongeveer 60 000 000 volt-ampère (60 MVA), met 'n sekondêre spanning van 400 tot 900 en 'n stroom van meer as 44 000. In 'n moderne winkel, soos 'n oond sal na verwagting 80 metrieke ton vloeibare staal produseer in ongeveer 50 minute vanaf koue skrootlaai tot tap.

In vergelyking kan basiese suurstofoonde 'n kapasiteit van 150-300 ton per bondel hê of "verhit" en hitte vir 30-40 minute opwek. Daar is groot verskille in die besonderhede van oondontwerp en werking,afhangende van die finale produk en plaaslike toestande, asook deurlopende navorsing om aanlegdoeltreffendheid te verbeter.

Die grootste skroot-enigste (in terme van kraangewig en transformatorgradering) is 'n GS-toestel wat vanaf Japan uitgevoer word met 'n kraangewig van 420 metrieke ton en gevoed deur agt 32 MVA-transformators vir 'n totale krag van 256 MBA.

Dit neem ongeveer 400 kilowatt-uur om 'n ton staal in 'n elektriese boogoond te vervaardig, of ongeveer 440 kWh per metriek. Die teoretiese minimum energie wat benodig word om afvalstaal te smelt, is 300 kWh (smeltpunt 1520 °C / 2768 °F). Daarom sal 'n 300-ton EAF met 'n drywing van 300 MVA ongeveer 132 MWh energie benodig, en die aanskakeltyd is ongeveer 37 minute.

Staalproduksie met behulp van 'n elektriese boog is slegs ekonomies lewensvatbaar as daar genoeg elektrisiteit met 'n goed ontwikkelde netwerk is. Op baie plekke werk meulens gedurende spitstye wanneer nutsdienste oormatige produksiekapasiteit het en die prys per meter laer is.

Operasie

Die boogstaaloond gooi staal in 'n klein lepelmasjien. Skrootmetaal word afgelewer by 'n uitsparing wat langs die smelter geleë is. Skroot is geneig om in twee hoofvariëteite te kom: afval (wit goedere, motors en ander items wat van soortgelykeligte staal) en swaar smelt (groot blaaie en balke), sowel as 'n mate van direkte verminderde yster (DRI) of ru-yster vir chemiese balans. Aparte oonde smelt amper 100% DRI.

Volgende stap

Die afval word in groot emmers gelaai, wat mandjies genoem word, met klapdeure vir die basis. Sorg moet gedra word om te verseker dat die afval in die mandjie is om goeie werking van die oond te verseker. 'n Sterk smelt word bo-op gelê met 'n ligte laag van 'n beskermende skeursel, waarop 'n ander deel lê. Almal moet in die oond wees nadat dit gelaai is. Op hierdie tydstip kan die mandjie in die afvalvoorverwarmer inbeweeg, wat die warm afgasse van die smelter gebruik om energie te herwin, wat doeltreffendheid verbeter.

Oorloop

Dan word die vaartuig na die smeltwinkel geneem, die dak van die oond word oopgemaak en die materiaal word daarin gelaai. Oordrag is een van die gevaarlikste operasies vir operateurs. Baie potensiële energie word vrygestel deur tonne vallende metaal. Enige vloeibare materiaal in die oond word dikwels op en uit gestoot deur soliede afval en ghries. Stof op metaal ontsteek as die oond warm is, wat 'n vuurbal laat uitbars.

In sommige dubbeldop-toestelle word afval in die tweede gelaai terwyl die eerste smelt, en dit word voorverhit deur die uitlaatgas van die aktiewe deel. Ander bewerkings is: deurlopende laai en werk met temperatuur op 'n vervoerband, wat dan die metaal in die oond self aflaai. Ander toestelle kan selflaaiwarm stof van ander bedrywighede.

Voltage

Na laai, leun die dak terug oor die oond en smelt begin. Die elektrodes word op die skrootmetaal laat sak, 'n boog word geskep, en dan word dit so gestel dat dit in die krummellaag aan die bokant van die toestel versprei. Lae spanning word vir hierdie operasie gekies om die dak en mure teen oormatige hitte en boogskade te beskerm.

Sodra die elektrodes die swaar smelt aan die basis van die oond bereik het en die golwe deur die koevoet afgeskerm is, kan die spanning verhoog word en die elektrodes effens gelig word, wat die krag vir die smelt verleng en verhoog. Dit laat die gesmelte poel vinniger vorm, wat die aftaptyd verminder.

Suurstof word in skrootmetaal geblaas, brandende of snystaal, en bykomende chemiese hitte word deur muurbranders verskaf. Beide prosesse versnel die smelt van die stof. Supersoniese spuitpunte laat suurstofstrale die skuimende slak binnedring en die vloeistofbad bereik.

oksidasie van onsuiwerhede

'n Belangrike deel van staalvervaardiging is die vorming van slak wat op die oppervlak van die gesmelte staal dryf. Dit is gewoonlik saamgestel uit metaaloksiede en dien ook as 'n plek om geoksideerde onsuiwerhede te versamel, as 'n termiese kombers (stop oormatige hitteverlies) en help ook om erosie van die vuurvaste voering te verminder.

Vir 'n oond met basiese vuurvaste stowwe wat koolstofstaal produseer, is die algemene slakvormers kalsiumoksied (CaO in die vorm van gekalsineerdekalk) en magnesium (MgO in die vorm van dolomiet en magnesiet.). Hierdie stowwe word óf met afval gelaai óf tydens insmelting in die oond geblaas.

Nog 'n belangrike komponent is ysteroksied, wat gevorm word wanneer staal verbrand word met suurstof wat ingebring word. Later, wanneer dit verhit word, word koolstof (in die vorm van steenkool) in hierdie laag ingespuit, wat met ysteroksied reageer om metaal en koolstofmonoksied te vorm. Dit lei tot skuim van die slak, wat lei tot groter termiese doeltreffendheid. Die deklaag voorkom skade aan die dak en sywande van die oond van stralingshitte.

Verbranding van onsuiwerhede

Sodra die skrootmetaal heeltemal gesmelt is en 'n plat swembad bereik is, kan nog 'n emmer in die oond gelaai word. Nadat die tweede lading heeltemal gesmelt is, word verfyningsoperasies uitgevoer om die chemiese samestelling van die staal te kontroleer en reg te stel en die smelt bokant sy vriespunt te oorverhit ter voorbereiding vir tap. Meer slakvormers word ingebring en baie suurstof kom die bad binne, wat onsuiwerhede soos silikon, swael, fosfor, aluminium, mangaan en kalsium verbrand en hul oksiede in slak verwyder.

Koolstofverwydering vind plaas nadat hierdie elemente eerste uitgebrand het, aangesien hulle meer soortgelyk is aan suurstof. Metale wat 'n laer affiniteit as yster het, soos nikkel en koper, kan nie deur oksidasie verwyder word nie en moet slegs deur chemie beheer word. Dit is byvoorbeeld die bekendstelling van direk gereduseerde yster en gietyster wat vroeër genoem is.

Skuimige slakhou deurgaans aan en loop dikwels die oond oor om van die deur af in die beoogde put oor te loop. Temperatuurmeting en chemiese seleksie word uitgevoer met behulp van outomatiese spiese. Suurstof en koolstof kan meganies gemeet word met spesiale probes wat in staal gedompel word.

Produksievoordele

Deur 'n beheerstelsel vir staalsmeltboogoonde te gebruik, is dit moontlik om staal van 100% grondstof - skrootmetaal - te vervaardig. Dit verminder die energie wat benodig word om die stof te produseer aansienlik, in vergelyking met primêre produksie uit erts.

Nog 'n voordeel is buigsaamheid: terwyl hoogoonde nie aansienlik kan verskil nie en jare lank kan werk, kan hierdie een vinnig begin en gesluit word. Dit stel die staalfabriek in staat om produksie te verander op grond van aanvraag.

Tipiese boogstaaloond is die bron van staal vir minimeule, wat staaf- of strookproduk kan produseer. Minismelters kan relatief naby aan staalmarkte geleë wees en vervoervereistes is minder as vir 'n geïntegreerde aanleg, wat gewoonlik naby die kus geleë is vir verskepingstoegang.

Arc Steel Furnace Device

Die skematiese deursnit is 'n elektrode wat opgelig en verlaag word deur 'n tandstangaandrywing. Die oppervlak is uitgevoer met vuurvaste bakstene en onderbekleding. Die deur gee toegang tot die binnekantdele van die toestel. Die oondbak rus op tuimelarms sodat dit gekantel kan word vir tik.