کوره فولادی قوس: دستگاه، اصل عملیات، قدرت، سیستم کنترل

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

کوره قوس فولادی (EAF) وسیله ای است که مواد را با خمش الکتریکی گرم می کند.

وسایل صنعتی از واحدهای کوچک، تقریباً یک تن قدرت (که در ریخته گری برای تولید محصولات چدن استفاده می شود) تا 400 واحد در هر تن، که برای بازیافت فولاد استفاده می شود، در ابعاد مختلف است. کوره های فولادی قوس الکتریکی، EAF، که در آزمایشگاه های تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند، ممکن است تنها چند ده گرم ظرفیت داشته باشند. دمای دستگاه های صنعتی می تواند به 1800 درجه سانتیگراد (3272 درجه فارنهایت) برسد، در حالی که تاسیسات آزمایشگاهی بیش از 3000 درجه سانتیگراد (5432 درجه فارنهایت) است.

کوره های فولادی قوس الکتریکی (EAFs) با کوره های القایی تفاوت دارند زیرا مواد بارگیری شده مستقیماً در معرض خمش الکتریکی قرار می گیرند و جریان در پایانه ها از مواد باردار عبور می کند.

ساخت

کوره فولادی قوس برای تولید فولاد استفاده می شود و از یک ظرف نسوز تشکیل شده است. عمدتا به سه بخش تقسیم می شود:

• پوستهکه از دیوارهای جانبی و فولاد پایین تشکیل شده استکاسه.
• پالت که از مواد نسوز ساخته شده است.
• سقف. این می تواند با روکش مقاوم در برابر حرارت یا آب خنک شود. و همچنین به صورت توپ یا مخروط بریده (قطع مخروطی) ساخته می شود. سقف همچنین از یک دلتای نسوز در مرکز خود پشتیبانی می کند که از طریق آن یک یا چند الکترود گرافیتی وارد می شود.

اقلام فردی

کوره ممکن است شکل نیمکره ای داشته باشد و در یک کوره غیرعادی برای ضربه زدن به پایین مورد نیاز است. در کارگاه‌های مدرن، کوره فولادی قوس الکتریکی - EAF 5 - اغلب از طبقه همکف بلند می‌شود تا ملاقه‌ها و گلدان‌های سرباره به راحتی در هر دو طرف مانور داده شوند. جدا از ساختار، تکیه گاه الکترود و سیستم الکتریکی، و همچنین پلت فرم شیبدار که ابزار روی آن قرار گرفته است.

ابزار منحصر به فرد

یک کوره قوس ذوب فولاد معمولی EAF 3 توسط یک منبع سه فاز تغذیه می شود و بنابراین دارای سه الکترود است. آنها یک بخش گرد دارند و معمولاً بخش هایی با اتصالات رزوه ای دارند، به طوری که هنگام پوشیدن، می توان عناصر جدیدی اضافه کرد.

قوس بین ماده باردار و الکترود تشکیل می شود. شارژ هم توسط جریان عبوری از آن و هم توسط انرژی تابشی آزاد شده توسط موج گرم می شود. دما به حدود 3000 درجه سانتیگراد (5000 درجه فارنهایت) می رسد و باعث می شود که بخش های پایینی الکترودها مانند لامپ های رشته ای در هنگام کار کوره قوس بدرخشند.

عناصر به طور خودکار توسط یک سیستم موقعیت یابی که می تواند از هر الکتریکی استفاده کند بالا و پایین می رود.وینچ، بالابرها یا سیلندرهای هیدرولیک. مقررات یک جریان تقریباً ثابت را حفظ می کند. برق مصرفی کوره قوس چقدر است؟ در طول ذوب بار ثابت نگه داشته می شود، حتی اگر ضایعات ممکن است در زیر الکترودها در حین ذوب شدن حرکت کنند. آستین‌های دکل که المنت را نگه می‌دارند می‌توانند شینه‌های سنگین (که می‌توانند لوله‌های مسی توخالی خنک‌شده با آب باشند که جریان را به گیره‌ها می‌رسانند) یا "آستین‌های داغ" که در آن تمام قسمت بالایی بار را حمل می‌کند و کارایی را افزایش می‌دهد، حمل کنند.

نوع دوم را می توان از فولاد با روکش مس یا آلومینیوم ساخته شد. کابل‌های بزرگ خنک‌شونده با آب، شینه‌ها یا براکت‌ها را به ترانسفورماتور واقع در کنار فر متصل می‌کنند. ابزار مشابهی در انبار نصب می شود و با آب خنک می شود.

ضربه زدن و سایر عملیات

کوره قوس فولادی EAF 50 بر روی یک سکوی شیبدار ساخته شده است تا بتوان فولاد مایع را در ظرف دیگری برای حمل و نقل ریخت. عملیات کج کردن برای انتقال فولاد مذاب را ضربه زدن می گویند. در ابتدا، تمام طاق های فولادسازی کوره قوس دار دارای یک لوله تخلیه پوشیده شده با مواد نسوز بودند که با کج شدن آن شسته می شد.

اما اغلب تجهیزات مدرن دارای یک دریچه خروجی خارج از مرکز (EBT) برای کاهش ادغام نیتروژن و سرباره در فولاد مایع هستند. این کوره ها دارای دهانه ای هستند که به صورت عمودی از داخل اجاق و پوسته می گذرد و خارج از مرکز در یک "فخره" تخم مرغی شکل باریک است. پر شده استماسه نسوز.

گیاهان مدرن ممکن است دو پوسته با یک مجموعه الکترود داشته باشند که بین آنها عبور داده می شود. قسمت اول ضایعات را گرم می کند، در حالی که قسمت دیگر برای ذوب استفاده می شود. سایر کوره های DC طرح مشابهی دارند اما دارای الکترود برای هر غلاف و یک مجموعه الکترونیک هستند.

عناصر اکسیژن

کوره های AC معمولاً دارای الگوی نقاط گرم و سرد در امتداد محیط اجاق هستند که بین الکترودها قرار دارند. در موارد مدرن، مشعل های اکسی سوخت در دیوار کناری نصب می شوند. از آنها برای تامین انرژی شیمیایی مناطق منهای استفاده می شود که باعث می شود گرمایش فولاد یکنواخت تر شود. نیروی اضافی با تامین اکسیژن و کربن به کوره تامین می شود. از لحاظ تاریخی این کار با نیزه ها (لوله های توخالی فولادی ملایم) در درب سرباره انجام می شد، اکنون بیشتر با واحدهای تزریق دیواری که مشعل های سوخت اکسی و سیستم های تامین هوا را در یک ظرف ترکیب می کنند، انجام می شود.

یک کوره فولادی با اندازه متوسط مدرن دارای یک ترانسفورماتور با قدرت حدود 60000000 ولت آمپر (60 MVA) با ولتاژ ثانویه 400 تا 900 و جریان بیش از 44000 است. در یک مغازه مدرن، چنین انتظار می رود که کوره 80 تن فولاد مایع را در حدود 50 دقیقه از بارگیری ضایعات سرد تا استخراج تولید کند.

در مقایسه، کوره های اکسیژن پایه می توانند ظرفیت 150-300 تن در هر بسته داشته باشند یا "گرم شوند" و برای 30-40 دقیقه گرما تولید کنند. تفاوت های زیادی در جزئیات طراحی و عملکرد کوره وجود دارد،بسته به محصول نهایی و شرایط محلی، و همچنین تحقیقات در حال انجام برای بهبود کارایی کارخانه.

بزرگترین ضایعات فقط (از نظر وزن شیر و رتبه ترانسفورماتور) یک دستگاه DC است که از ژاپن با وزن شیر 420 تن متریک صادر می شود و توسط هشت ترانسفورماتور 32 MVA با توان کل 256 MBA تغذیه می شود.

تولید یک تن فولاد در یک کوره قوس الکتریکی تقریباً ۴۰۰ کیلووات ساعت طول می‌کشد، یا حدود ۴۴۰ کیلووات ساعت در هر متریک. حداقل انرژی مورد نیاز برای ذوب ضایعات فولادی 300 کیلووات ساعت (نقطه ذوب 1520 درجه سانتیگراد / 2768 درجه فارنهایت) است. بنابراین، یک EAF 300 تنی با توان 300 MVA به حدود 132 مگاوات ساعت انرژی نیاز دارد و زمان روشن شدن تقریباً 37 دقیقه است.

تولید فولاد با استفاده از قوس الکتریکی تنها زمانی مقرون به صرفه است که برق کافی با شبکه ای توسعه یافته وجود داشته باشد. در بسیاری از نقاط، آسیاب ها در ساعات کم باری کار می کنند، زمانی که تاسیسات دارای ظرفیت تولید مازاد هستند و قیمت هر متر پایین تر است.

عملیات

کوره فولادی قوس فولادی را در یک دستگاه ملاقه کوچک می ریزد. ضایعات فلزی به یک شکاف واقع در کنار کارخانه ذوب تحویل داده می شود. قراضه در دو نوع اصلی وجود دارد: قراضه (کالاهای سفید، اتومبیل و سایر اقلام ساخته شده از مشابهفولاد سبک) و مذاب سنگین (دال ها و تیرهای بزرگ)، و همچنین مقداری آهن کاهش یافته مستقیم (DRI) یا آهن خام برای تعادل شیمیایی. کوره های جداگانه تقریباً 100٪ DRI ذوب می شوند.

مرحله بعدی

ضایعات در سطل های بزرگی که سبد نامیده می شوند با درهای تاشوی برای پایه بارگذاری می شود. برای اطمینان از عملکرد خوب کوره، باید دقت شود که قراضه در سبد باشد. یک مذاب قوی با یک لایه سبک از یک تکه محافظ در بالا قرار می گیرد که قسمت دیگری در بالای آن قرار دارد. همه آنها باید پس از بارگیری در فر وجود داشته باشند. در این زمان، سبد می تواند به پیش گرم کن قراضه حرکت کند، که از گازهای داغ و خارج از ذوب برای بازیابی انرژی استفاده می کند و کارایی را بهبود می بخشد.

سرریز

سپس ظرف را به کارخانه ذوب می برند، سقف کوره را باز می کنند و مواد را در آن بار می کنند. انتقال یکی از خطرناک ترین عملیات برای اپراتورها است. انرژی بالقوه زیادی توسط تن ها فلز در حال سقوط آزاد می شود. هر ماده مایع در کوره اغلب توسط ضایعات جامد و گریس به بالا و خارج رانده می شود. گرد و غبار روی فلز اگر اجاق داغ باشد مشتعل می شود و باعث فوران گلوله آتش می شود.

در برخی از دستگاه‌های دو پوسته، قراضه در حالی که اولی در حال ذوب شدن است در دومی بارگذاری می‌شود و توسط گاز خروجی از قسمت فعال از قبل گرم می‌شود. عملیات دیگر عبارتند از: بارگیری مداوم و کار با دما بر روی یک تسمه نقاله، که سپس فلز را در خود کوره تخلیه می کند. دستگاه های دیگر می توانند بوت شوندماده داغ از سایر عملیات.

ولتاژ

پس از شارژ شدن، سقف به سمت کوره متمایل شده و ذوب شدن شروع می شود. الکترودها روی ضایعات فلزی پایین می آیند، یک قوس ایجاد می شود و سپس به گونه ای تنظیم می شوند که در لایه خرده های بالای دستگاه پخش شوند. ولتاژهای پایین برای این عملیات انتخاب می شوند تا سقف و دیوارها در برابر گرمای بیش از حد و آسیب قوس محافظت شود.

هنگامی که الکترودها به مذاب سنگین در پایه کوره رسیدند و امواج به وسیله ی لنگ محافظت می شوند، می توان ولتاژ را افزایش داد و الکترودها را اندکی بالا برد و قدرت مذاب را طولانی و افزایش داد. این به حوضچه مذاب اجازه می‌دهد تا سریع‌تر تشکیل شود و زمان تخلیه را کاهش دهد.

اکسیژن به ضایعات فلزی دمیده می شود، فولاد می سوزد یا برش می دهد و حرارت شیمیایی اضافی توسط مشعل های دیواری ایجاد می شود. هر دو فرآیند ذوب ماده را تسریع می کنند. نازل‌های مافوق صوت به جت‌های اکسیژن اجازه می‌دهند تا به سرباره کف‌کننده نفوذ کرده و به حمام مایع برسند.

اکسیداسیون ناخالصی ها

بخش مهم فولادسازی تشکیل سرباره ای است که روی سطح فولاد مذاب شناور می شود. معمولاً از اکسیدهای فلزی تشکیل شده است و همچنین به عنوان مکانی برای جمع آوری ناخالصی های اکسید شده، به عنوان یک پوشش حرارتی (توقف اتلاف حرارت بیش از حد) عمل می کند و همچنین به کاهش فرسایش پوشش نسوز کمک می کند..

برای کوره ای با مواد دیرگداز اساسی که فولاد کربنی تولید می کند، سرباره سازهای رایج اکسید کلسیم (CaO به شکل کلسینه شده است.آهک) و منیزیم (MgO به شکل دولومیت و منیزیت.). این مواد یا با قراضه بارگیری می شوند یا در طول ذوب به داخل کوره دمیده می شوند.

یکی دیگر از اجزای مهم اکسید آهن است که هنگام سوختن فولاد با اکسیژن وارد شده به وجود می آید. بعداً هنگام گرم شدن، کربن (به شکل زغال سنگ) به این لایه تزریق می شود و با اکسید آهن واکنش داده و فلز و مونوکسید کربن را تشکیل می دهد. این منجر به کف کردن سرباره و در نتیجه راندمان حرارتی بیشتر می شود. این پوشش از آسیب دیدن سقف و دیواره های جانبی فر در اثر حرارت تشعشعی جلوگیری می کند.

احتراق ناخالصی

وقتی ضایعات فلزی کاملاً ذوب شد و به یک حوضچه صاف رسید، می توان سطل دیگری را در کوره قرار داد. پس از ذوب شدن شارژ دوم، عملیات تصفیه برای بررسی و تصحیح ترکیب شیمیایی فولاد و فوق گرم کردن مذاب بالای نقطه انجماد آن برای آماده سازی برای ضربه زدن انجام می شود. سرباره سازهای بیشتری وارد شده و اکسیژن زیادی وارد حمام می شود و ناخالصی هایی مانند سیلیکون، گوگرد، فسفر، آلومینیوم، منگنز و کلسیم را می سوزاند و اکسیدهای آنها را به سرباره می برد.

حذف کربن پس از سوختن این عناصر در ابتدا اتفاق می افتد، زیرا بیشتر شبیه اکسیژن هستند. فلزاتی که میل ترکیبی کمتری نسبت به آهن دارند، مانند نیکل و مس، با اکسیداسیون حذف نمی شوند و فقط باید از طریق شیمی کنترل شوند. این، برای مثال، معرفی آهن و چدن مستقیم احیا شده است که قبلاً ذکر شد.

سرباره کف آلوددر سرتاسر باقی می ماند و اغلب فر را سرریز می کند تا از در به گودال مورد نظر سرریز شود. اندازه گیری دما و انتخاب شیمیایی با استفاده از نیزه های اتوماتیک انجام می شود. اکسیژن و کربن را می توان با کاوشگرهای مخصوصی که در فولاد غوطه ور می شوند به صورت مکانیکی اندازه گیری کرد.

مزایای تولید

با استفاده از سیستم کنترل کوره های قوس ذوب فولاد، امکان تولید فولاد از 100% مواد اولیه - ضایعات فلزی وجود دارد. این به میزان زیادی انرژی مورد نیاز برای تولید ماده را در مقایسه با تولید اولیه از سنگ معدن کاهش می دهد.

یک مزیت دیگر انعطاف پذیری است: در حالی که کوره های بلند نمی توانند به طور قابل توجهی متفاوت باشند و می توانند برای سال ها کار کنند، این کوره می تواند به سرعت راه اندازی و خاموش شود. این به کارخانه فولاد اجازه می دهد تا تولید را بر اساس تقاضا تغییر دهد.

کوره فولادی قوس معمولی منبع فولاد برای مینی آسیاب است که می تواند محصول نوار یا نوار تولید کند. مینی ذوب‌ها را می‌توان نسبتاً نزدیک به بازارهای فولاد قرار داد و نیازهای حمل‌ونقل کمتر از کارخانه‌های یکپارچه است، که معمولاً نزدیک به ساحل برای دسترسی حمل و نقل قرار دارد.

دستگاه کوره فولادی قوس

مقطع شماتیک الکترودی است که توسط یک درایو قفسه و پینیون بالا و پایین می رود. سطح با آجر نسوز و روکش زیرین اندود شده است. درب اجازه دسترسی به فضای داخلی را می دهدقطعات دستگاه بدنه فر روی بازوهای چرخان قرار می گیرد تا بتوان آن را برای ضربه زدن کج کرد.