Teraskaareahi: seade, tööpõhimõte, võimsus, juhtimissüsteem

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Teraskaarahi (EAF) on seade, mis soojendab materjali elektrilise painutamise teel.

Tööstusseadmete mõõtmed ulatuvad väikestest seadmetest, umbes ühe tonni võimsusega (kasutatakse valukodades malmitoodete valmistamiseks) kuni 400 ühikuni tonni kohta, mida kasutatakse terase ringlussevõtuks. Uurimislaborites kasutatavate teraskaareahjude (EAF) võimsus võib olla vaid mõnikümmend grammi. Tööstusseadmete temperatuur võib ulatuda 1800 °C-ni (3272 °F), laboriseadmetes aga üle 3000 °C (5432 °F).

Kaarterasest ahjud (EAF) erinevad induktsioonahjudest selle poolest, et laaditav materjal on vahetult allutatud elektrilisele painutamisele ja vool klemmidel läbib laetud materjali.

Ehitus

Terasekaareahju kasutatakse terase tootmiseks ja see koosneb tulekindlast anumast. Peamiselt jagatud kolmeks osaks:

• Shell, mis koosneb külgseintest ja põhja terasestkausid.
• Kaalus, mis on valmistatud tulekindlast materjalist.
• Katus. See võib olla kuumakindla voodriga või vesijahutusega. Ja see on valmistatud ka palli või kärbitud koonuse kujul (kooniline osa). Katus toetab oma keskel ka tulekindlat deltat, mille kaudu siseneb üks või mitu grafiitelektroodi.

Üksikud kaubad

Küttel võib olla poolkera kuju ja seda on vaja ekstsentrilises ahjus põhja koputamiseks. Kaasaegsetes töökodades tõstetakse teraskaareahi - EAF 5 - sageli esimesest korrusest kõrgemale, nii et kulbid ja räbupotid on hõlpsasti mõlema otsa all manööverdatavad. Konstruktsioonist eraldi on elektroodide tugi ja elektrisüsteem, samuti kaldplatvorm, millel seade seisab.

Ainulaadne tööriist

Tüüpiline EAF 3 terassulatuskaarahi saab toite kolmefaasilisest allikast ja seetõttu on sellel kolm elektroodi. Neil on ümmargune sektsioon ja reeglina keermestatud ühendustega segmendid, nii et kuludes saab lisada uusi elemente.

Kaar moodustub laetud materjali ja elektroodi vahele. Laengut soojendab nii seda läbiv vool kui ka laine poolt eralduv kiirgav energia. Temperatuur jõuab umbes 3000 °C-ni (5000 °F), mistõttu elektroodide alumised osad hakkavad kaareahju töötamise ajal hõõglambina hõõguma.

Elemente tõstab ja langetab automaatselt positsioneerimissüsteem, mis võib kasutada mis tahes elektritvints, tõstukid või hüdrosilindrid. Määrus säilitab ligikaudu konstantse voolu. Kui suur on kaarahju energiatarve? Seda hoitakse laengu sulamise ajal konstantsena, kuigi jäägid võivad sulades elektroodide alla liikuda. Elementi hoidvad mastihülsid võivad kanda kas raskeid siine (mis võivad olla vesijahutusega õõnsad vasktorud, mis varustavad klambritele voolu) või "kuumad hülsid", mille ülemine osa kannab laengut, suurendades tõhusust.

Viimane tüüp võib olla valmistatud vasega kaetud terasest või alumiiniumist. Suured vesijahutusega kaablid ühendavad siinid või kronsteinid ahju kõrval asuva trafoga. Sarnane tööriist paigaldatakse hoiuruumi ja jahutatakse veega.

Koputamine ja muud toimingud

Teraskaareahi EAF 50 on ehitatud kaldplatvormile, nii et vedelat terast saab transportimiseks teise konteinerisse valada. Kallutamist sulaterase teisaldamiseks nimetatakse koputamiseks. Algselt oli kaarahju kõikidel terasest valmistatud võlvidel tulekindla materjaliga kaetud tühjendusrenn, mis kallutades välja uhuti.

Kuid sageli on kaasaegsetel seadmetel ekstsentrilise põhjaga väljalaskeklapp (EBT), et vähendada lämmastiku ja räbu sattumist vedelasse terasesse. Nendel ahjudel on ava, mis jookseb vertikaalselt läbi kolde ja kesta ning asub kitsas munakujulises "tilas" keskelt väljas. See on täidetudtulekindel liiv.

Kaasaegsetel tehastel võib olla kaks kesta, mille vahel on üks elektroodide komplekt. Esimene osa soojendab jääke, teist aga kasutatakse sulatamiseks. Teistel alalisvooluahjudel on sarnane paigutus, kuid iga ümbrise jaoks on elektroodid ja üks elektroonikakomplekt.

Hapnikuelemendid

Vahelduvvooluahjudel on tavaliselt piki kolde perimeetrit elektroodide vahel paiknevate kuumade ja külmade kohtade muster. Kaasaegsetes on hapnikkütuse põletid paigaldatud külgseina. Neid kasutatakse keemilise energia varustamiseks miinustsoonidesse, mis muudab terase kuumutamise ühtlasemaks. Lisavõimsust annab ahju hapniku ja süsiniku tarnimine. Ajalooliselt tehti seda räbuukses olevate odadega (terasest õõnestorud), nüüd tehakse seda enamasti seinale paigaldatud sissepritseseadmetega, mis ühendavad hapnikukütuse põletid ja õhuvarustussüsteemid ühte anumasse.

Kaasaegsel keskmise suurusega terasahjul on trafo, mille nimivõimsus on umbes 60 000 000 volti amprit (60 MVA), sekundaarpinge 400 kuni 900 ja vool üle 44 000. Kaasaegses kaupluses on selline Ahi peaks tootma 80 tonni vedelat terast umbes 50 minuti jooksul alates vanaraua külmlaadimisest kuni kraanimiseni.

Võrdluseks võivad põhihapnikuahjud mahutada 150–300 tonni partii kohta või "kuumenevad" ja tekitavad soojust 30-40 minutit. Ahju disaini ja töö üksikasjades on suuri erinevusi,olenev alt lõpptootest ja kohalikest tingimustest, samuti käimasolevatest uuringutest tehase tõhususe parandamiseks.

Suurim vanaraua (kraani kaalu ja trafo hinnanguliselt) on Jaapanist eksporditud alalisvooluseade, mille kraani kaal on 420 tonni ja mida toidavad kaheksa 32 MVA trafot koguvõimsusega 256 MBA.

Tonni terase tootmiseks elektrikaareahjus kulub ligikaudu 400 kilovatt-tundi ehk umbes 440 kWh meetri kohta. Vanaraua sulatamiseks vajalik teoreetiline minimaalne energia on 300 kWh (sulamistemperatuur 1520 °C / 2768 °F). Seetõttu vajab 300-tonnine EAF võimsusega 300 MVA umbes 132 MWh energiat ja sisselülitusaeg on ligikaudu 37 minutit.

Terase tootmine elektrikaare abil on majanduslikult tasuv vaid siis, kui elektrit on piisav alt hästi arenenud võrguga. Paljudes kohtades töötavad veskid väljaspool tipptundi, kui kommunaalettevõtetel on tootmisvõimsust üleliigne ja meetri hind on madalam.

Operatsioon

Kaarterasest ahi valab terast väikesesse kulbiga masinasse. Vanametall toimetatakse sulatuskoja kõrval asuvasse süvendisse. Vanaraua kipub olema kahte peamist sorti: jäägid (valgeid esemeid, autosid ja muid sarnasest materjalist valmistatud esemeidkergteras) ja raskesulam (suured plaadid ja talad), aga ka mõni otsene redutseeritud raud (DRI) või malm keemilise tasakaalu tagamiseks. Eraldi ahjud sulavad peaaegu 100% DRI.

Järgmine samm

Murd laaditakse suurtesse ämbritesse, mida nimetatakse korvideks ja mille aluse jaoks on klappuksed. Ahju hea töö tagamiseks tuleb jälgida, et praak oleks korvis. Tugev sulatis kantakse peale kerge kaitseviilu kihiga, mille peale jääb teine osa. Pärast laadimist peavad need kõik ahjus olema. Sel ajal saab korv liikuda vanametalli eelsoojendisse, mis kasutab energia taastamiseks sulatusahju kuumi väljuvaid gaase ja parandab tõhusust.

Ülevool

Seejärel viiakse anum sulatusse, avatakse ahju katus ja laaditakse materjal sinna. Ülekandmine on operaatorite jaoks üks ohtlikumaid toiminguid. Tonnide langeva metalli toimel vabaneb palju potentsiaalset energiat. Tahke jäägid ja rasv suruvad sageli ahjus oleva vedela aine üles ja välja. Metallil olev tolm süttib, kui ahi on kuum, põhjustades tulekera purskamise.

Mõnedes kahekihilistes seadmetes laaditakse jäägid teise, kui esimene sulab, ja eelsoojendatakse aktiivse osa heitgaasiga. Muud toimingud on: pidev laadimine ja temperatuuriga töötamine konveierilindil, mis seejärel laadib metalli ise ahju. Teised seadmed saavad käivitadakuum aine muudest operatsioonidest.

Pinge

Pärast laadimist kaldub katus tagasi ahju kohale ja sulamine algab. Elektroodid lastakse vanametalli peale, tekib kaar ja seejärel seatakse need nii, et need leviksid seadme ülaosas olevas purukihis. Selle toimingu jaoks valitakse madalpinge, et kaitsta katust ja seinu liigse kuumuse ja kaarekahjustuste eest.

Kui elektroodid on jõudnud ahju põhjas oleva raske sulandini ja lained on varjestatud raudkangiga, saab pinget tõsta ja elektroode veidi tõsta, pikendades ja suurendades sulatise võimsust. See võimaldab sulakogul kiiremini moodustuda, vähendades äravooluaega.

Hapnik puhutakse vanametalli sisse, põletades või lõikades terast ning täiendavat keemilist soojust annavad seinapõletid. Mõlemad protsessid kiirendavad aine sulamist. Ülehelikiirusega düüsid võimaldavad hapnikujugadel tungida vahutavasse räbu ja jõuda vedelikuvanni.

Puustainete oksüdatsioon

Terase valmistamise oluline osa on räbu teke, mis hõljub sulaterase pinnal. See koosneb tavaliselt metallioksiididest ja toimib ka oksüdeerunud lisandite kogumiskohana, termilise kattena (peatab liigse soojuskadu) ja aitab samuti vähendada tulekindla voodri erosiooni.

Süsinikterast tootvate põhiliste tulekindlate ainetega ahjude puhul on tavalised räbu moodustajad k altsiumoksiid (k altsineeritud CaOlubi) ja magneesium (MgO dolomiidi ja magnesiidi kujul.). Need ained laaditakse kas jäägiga või puhutakse sulamise ajal ahju.

Teine oluline komponent on raudoksiid, mis tekib terase põletamisel hapniku lisamisega. Hiljem, kuumutamisel, süstitakse sellesse kihti süsinikku (söe kujul), mis reageerib raudoksiidiga, moodustades metalli ja süsinikmonooksiidi. Selle tulemuseks on räbu vahutamine, mille tulemuseks on suurem termiline efektiivsus. Kate hoiab ära ahju katuse ja külgseinte kahjustamise kiirgussoojuse tõttu.

Eemastuste põlemine

Kui vanaraud on täielikult sulanud ja tasane bassein on saavutatud, saab ahju laadida teise ämbri. Pärast teise laengu täielikku sulamist viiakse läbi rafineerimistoimingud, et kontrollida ja korrigeerida terase keemilist koostist ning sulatit ülekuumeneda üle külmumistemperatuuri, valmistudes koputamiseks. Lisatakse rohkem räbu moodustajaid ja vanni siseneb palju hapnikku, põletades lisandeid, nagu räni, väävlit, fosforit, alumiiniumi, mangaani ja k altsiumi, ning eemaldades nende oksiidid räbuks.

Süsinik eemaldatakse pärast nende elementide esmast läbipõlemist, kuna need sarnanevad rohkem hapnikuga. Metalle, millel on madalam afiinsus kui raud, nagu nikkel ja vask, ei saa oksüdatsiooni teel eemaldada ja neid tuleb kontrollida ainult keemia abil. See on näiteks varem mainitud otse redutseeritud raua ja malmi kasutuselevõtt.

Vahune räbupüsib kogu aeg ja ajab sageli ahjust üle, et voolata uksest ettenähtud süvendisse. Temperatuuri mõõtmine ja keemiline valik toimub automaatsete odade abil. Hapnikku ja süsinikku saab mõõta mehaaniliselt spetsiaalsete sondide abil, mis on sukeldatud terasesse.

Tootmise eelised

Terassulatuskaarahjude juhtimissüsteemi kasutades on võimalik terast toota 100% toorainest – vanametallist. See vähendab oluliselt aine tootmiseks kuluvat energiat, võrreldes maakidest esmatootmisega.

Teine eelis on paindlikkus: kuigi kõrgahjud ei saa oluliselt erineda ja võivad töötada aastaid, saab selle kiiresti käivitada ja sulgeda. See võimaldab terasetehasel tootmist vastav alt nõudlusele muuta.

Tüüpiline kaarterasest ahi on terase allikas miniveski jaoks, mis võib toota varba- või ribatooteid. Minisulatustehased võivad asuda teraseturgudele suhteliselt lähedal ja transpordinõuded on väiksemad kui integreeritud tehase puhul, mis asub tavaliselt laevadele juurdepääsuks kalda lähedal.

Kaarterasest ahjuseade

Skeemiline ristlõige on elektrood, mida tõstetakse ja langetatakse hammaslati abil. Pind on vooderdatud tulekindlate tellistega ja põhjavooder. Uksest pääseb sisemusseseadme osad. Ahju korpus toetub klahvhoobadele, nii et seda saab koputamiseks kallutada.