Furrën e çelikut me hark: pajisja, parimi i funksionimit, fuqia, sistemi i kontrollit

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 10:40

Një furrë me hark çeliku (EAF) është një pajisje që ngroh materialin me përkulje elektrike.

Pajisjet industriale variojnë në madhësi nga njësi të vogla, afërsisht një ton fuqi (përdoret në shkritore për të prodhuar produkte prej gize) deri në 400 njësi për ton, të përdorura për riciklimin e çelikut. Furrat e çelikut me hark, EAF, të përdorura në laboratorët kërkimorë mund të kenë një kapacitet prej vetëm disa dhjetëra gram. Temperatura e pajisjeve industriale mund të arrijë 1800 °C (3272 °F), ndërsa instalimet laboratorike tejkalojnë 3000 °C (5432 °F).

Furrat e çelikut me hark (EAF) ndryshojnë nga furrat me induksion në atë që materiali që ngarkohet i nënshtrohet drejtpërdrejt përkuljes elektrike dhe rryma në terminale kalon përmes materialit të ngarkuar.

Ndërtim

Furra e çelikut me hark përdoret për prodhimin e çelikut dhe përbëhet nga një enë zjarrduruese. Kryesisht i ndarë në tre seksione:

• Shell, e cila përbëhet nga mure anësore dhe çeliku në fundlojë me birila.
• Paletë e cila është bërë nga material zjarrdurues.
• Çati. Mund të jetë me një rreshtim rezistent ndaj nxehtësisë ose i ftohur me ujë. Dhe është bërë gjithashtu në formën e një topi ose një koni të cunguar (seksion konik). Çatia mbështet gjithashtu një deltë zjarrduruese në qendër të saj përmes së cilës hyjnë një ose më shumë elektroda grafiti.

Artikuj individuale

Vatra mund të ketë një formë hemisferike dhe është e nevojshme në një furrë të çuditshme për t'u prekur në fund. Në punishtet moderne, furra e çelikut me hark - EAF 5 - shpesh ngrihet mbi katin e parë, në mënyrë që lugat dhe tenxheret e skorjes të mund të manovrohen lehtësisht nën çdo skaj. I ndarë nga struktura është mbështetja e elektrodës dhe sistemi elektrik, si dhe platforma e pjerrët mbi të cilën qëndron instrumenti.

Mjet unik

Një furre tipike me hark për shkrirjen e çelikut EAF 3 mundësohet nga një burim trefazor dhe për këtë arsye ka tre elektroda. Ata kanë një seksion të rrumbullakët dhe, si rregull, segmente me lidhje me fileto, në mënyrë që gjatë veshjes të mund të shtohen elementë të rinj.

Harku formohet midis materialit të ngarkuar dhe elektrodës. Ngarkesa nxehet si nga rryma që kalon nëpër të ashtu edhe nga energjia e rrezatuar e lëshuar nga vala. Temperatura arrin rreth 3000 °C (5000 °F), duke bërë që pjesët e poshtme të elektrodave të shkëlqejnë si llamba inkandeshente kur furra me hark është në punë.

Elementet ngrihen dhe ulen automatikisht nga një sistem pozicionimi që mund të përdorë çdo elektricitetçikrik, ngritës ose cilindra hidraulikë. Rregullorja mban një rrymë afërsisht konstante. Sa është konsumi i energjisë i një furre me hark? Ai mbahet konstant gjatë shkrirjes së ngarkesës, edhe pse skrap mund të lëvizë nën elektroda ndërsa shkrihet. Mëngët e direkut që mbajnë elementin mund të mbajnë ose zbarra të rënda (të cilat mund të jenë tuba bakri të zbrazët të ftohur me ujë që furnizojnë rrymë kapëset) ose "mëngë të nxehta" ku e gjithë pjesa e sipërme mbart ngarkesën, duke rritur efikasitetin.

Lloji i fundit mund të jetë prej çeliku të veshur me bakër ose alumin. Kabllot e mëdha të ftohura me ujë lidhin zbarrat ose kllapat me një transformator që ndodhet pranë furrës. Një mjet i ngjashëm instalohet në ruajtje dhe ftohet me ujë.

Trokitjet dhe operacionet e tjera

Furra me hark çeliku EAF 50 është ndërtuar mbi një platformë të pjerrët në mënyrë që çeliku i lëngshëm të mund të derdhet në një enë tjetër për transport. Operacioni i animit për të transferuar çelikun e shkrirë quhet trokitje. Fillimisht, të gjitha qemerët e furrës së harkut për prodhimin e çelikut kishin një kanal shkarkimi të mbuluar me lëndë zjarrduruese, e cila lahej kur anohej.

Por shpesh pajisjet moderne kanë një valvul ekscentrike të daljes së poshtme (EBT) për të reduktuar përfshirjen e azotit dhe skorjes në çelikun e lëngshëm. Këto furra kanë një hapje që kalon vertikalisht nëpër vatër dhe lëvozhgë dhe është jashtë qendrës në një "grykë" të ngushtë në formë veze. Është e mbushurrërë zjarrduruese.

Banjet moderne mund të kenë dy guaskë me një grup elektrodash që kalohen ndërmjet tyre. Pjesa e parë ngroh skrapin, ndërsa tjetra përdoret për shkrirje. Furrat e tjera DC kanë një strukturë të ngjashme, por kanë elektroda për secilën këllëf dhe një grup elektronik.

Elementet e oksigjenit

Furrat AC zakonisht kanë një model pikash të nxehta dhe të ftohta përgjatë perimetrit të vatrës, të vendosura midis elektrodave. Në ato moderne, ndezësit e karburantit me oksigjen janë instaluar në murin anësor. Ato përdoren për furnizimin me energji kimike në zonat minus, gjë që e bën ngrohjen e çelikut më uniforme. Fuqia shtesë sigurohet duke furnizuar furrën me oksigjen dhe karbon. Historikisht kjo është bërë me shtiza (tuba të zgavëruar çeliku të butë) në derën e skorjeve, tani më së shumti bëhet me njësi injektimi të montuara në mur që kombinojnë djegësit e karburantit me oksigjen dhe sistemet e furnizimit me ajër në një enë.

Një furre moderne çeliku me madhësi mesatare ka një transformator të vlerësuar me rreth 60,000,000 volt-amps (60 MVA), me një tension dytësor prej 400 deri në 900 dhe një rrymë më të madhe se 44,000. Në një dyqan modern, një furra pritet të prodhojë 80 tonë metrikë çeliku të lëngshëm në rreth 50 minuta nga ngarkimi i skrapit të ftohtë deri në përgjim.

Në krahasim, furrat bazë të oksigjenit mund të kenë një kapacitet prej 150-300 ton për grumbull ose të "nxehen" dhe të gjenerojnë nxehtësi për 30-40 minuta. Ka dallime të mëdha në detajet e projektimit dhe funksionimit të furrës,në varësi të produktit përfundimtar dhe kushteve lokale, si dhe kërkimeve të vazhdueshme për të përmirësuar efikasitetin e bimëve.

Vetëm skrap më i madh (për sa i përket peshës së rubinetit dhe vlerësimit të transformatorit) është një pajisje DC e eksportuar nga Japonia me një peshë rubineti prej 420 tonësh metrikë dhe e ushqyer nga tetë transformatorë 32 MVA për një fuqi totale prej 256 MBA.

Duhen rreth 400 kilovat-orë për të prodhuar një ton çeliku në një furre me hark elektrik, ose rreth 440 kWh për metrikë. Energjia minimale teorike e nevojshme për shkrirjen e skrapit të çelikut është 300 kWh (pika e shkrirjes 1520 °C / 2768 °F). Prandaj, një EAF 300 ton me fuqi 300 MVA do të kërkojë rreth 132 MWh energji dhe koha e ndezjes është afërsisht 37 minuta.

Prodhimi i çelikut duke përdorur një hark elektrik është ekonomikisht i zbatueshëm vetëm nëse ka energji elektrike të mjaftueshme me një rrjet të zhvilluar mirë. Në shumë vende mullinjtë funksionojnë gjatë orëve jashtë pikut kur ndërmarrjet kanë kapacitet të tepërt prodhimi dhe çmimi për metër është më i ulët.

Operacioni

Furra e çelikut me hark derdh çelikun në një makinë të vogël me kuti. Hekurishtet dorëzohen në një gropë që ndodhet pranë shkritores. Skrapi priret të vijë në dy lloje kryesore: skrap (mallra të bardha, makina dhe sende të tjera të bëra nga të ngjashmeçeliku i lehtë) dhe shkrirja e rëndë (pllaka dhe trarët e mëdhenj), si dhe pak hekur i reduktuar direkt (DRI) ose hekur derri për ekuilibrin kimik. Furrat e veçanta shkrin pothuajse 100% DRI.

Hapi tjetër

Skrapi ngarkohet në kova të mëdha, të quajtura shporta, me dyer goce për bazën. Duhet pasur kujdes për të siguruar që skrapit të jetë në kosh për të siguruar funksionimin e mirë të furrës. Një shkrirje e fortë vendoset sipër me një shtresë të lehtë të një grilë mbrojtëse, në krye të së cilës shtrihet një pjesë tjetër. Të gjitha ato duhet të jenë të pranishme në furrë pas ngarkimit. Në këtë kohë, koshi mund të lëvizë në parangrohësin e skrapit, i cili përdor gazrat e nxehtë dhe të jashtëm të shkritores për të rikuperuar energjinë, duke përmirësuar efikasitetin.

Të tejmbushur

Më pas ena çohet në dyqanin e shkrirjes, çatia e furrës hapet dhe materiali ngarkohet në të. Transferimi është një nga operacionet më të rrezikshme për operatorët. Shumë energji potenciale lirohet nga tonelatat e metalit që bie. Çdo lëndë e lëngshme në furrë shpesh shtyhet lart dhe jashtë nga skrap i ngurtë dhe yndyra. Pluhuri në metal ndizet nëse furra është e nxehtë, duke shkaktuar shpërthimin e një topi zjarri.

Në disa pajisje me dy guaskë, skrap ngarkohet në të dytën ndërsa i pari është duke u shkrirë dhe nxehet paraprakisht nga gazi i shkarkimit nga pjesa aktive. Operacione të tjera janë: ngarkimi i vazhdueshëm dhe puna me temperaturë në një rrip transportieri, i cili më pas shkarkon metalin në vetë furrën. Pajisjet e tjera mund të nisinsubstancë e nxehtë nga operacione të tjera.

Tension

Pas karikimit, çatia anon prapa furrës dhe fillon shkrirja. Elektrodat ulen mbi skrap, krijohet një hark dhe më pas vendosen në mënyrë që të përhapen në shtresën e thërrimeve në pjesën e sipërme të pajisjes. Tensionet e ulëta janë zgjedhur për këtë operacion për të mbrojtur çatinë dhe muret nga nxehtësia e tepërt dhe dëmtimi i harkut.

Pasi elektrodat të kenë arritur shkrirjen e rëndë në bazën e furrës dhe valët të mbrohen nga shufra, voltazhi mund të rritet dhe elektrodat të ngrihen pak, duke zgjatur dhe duke rritur fuqinë e shkrirjes. Kjo lejon që pishina e shkrirë të formohet më shpejt, duke reduktuar kohën e mbylljes.

Oksigjeni fryhet në hekurishte, duke djegur ose prerë çelikun dhe nxehtësia kimike shtesë sigurohet nga ndezësit e murit. Të dy proceset përshpejtojnë shkrirjen e substancës. Grykat supersonike lejojnë avionët e oksigjenit të depërtojnë në skorjen e shkumëzuar dhe të arrijnë në banjën e lëngshme.

Oksidimi i papastërtive

Një pjesë e rëndësishme e prodhimit të çelikut është formimi i skorjes që noton në sipërfaqen e çelikut të shkrirë. Zakonisht përbëhet nga okside metalike dhe gjithashtu vepron si një vend për të mbledhur papastërtitë e oksiduara, si një batanije termike (ndalon humbjen e tepërt të nxehtësisë) dhe gjithashtu ndihmon në reduktimin e erozionit të veshjes refraktare.

Për një furrë me lëndë zjarrduruese bazë që prodhon çelik karboni, formuesit e zakonshëm të skorjeve janë oksidi i kalciumit (CaO në formën e kalcinuargëlqere) dhe magnez (MgO në formë dolomiti dhe magneziti.). Këto substanca ose ngarkohen me skrap ose fryhen në furrë gjatë shkrirjes.

Një komponent tjetër i rëndësishëm është oksidi i hekurit, i formuar kur çeliku digjet me oksigjen të futur. Më vonë, kur nxehet, karboni (në formën e qymyrit) injektohet në këtë shtresë, duke reaguar me oksidin e hekurit për të formuar metal dhe monoksid karboni. Kjo rezulton në shkumëzimin e skorjeve, duke rezultuar në efikasitet më të madh termik. Veshja parandalon dëmtimin e çatisë dhe mureve anësore të furrës nga nxehtësia rrezatuese.

Djegia e papastërtive

Pasi skrap-i të jetë shkrirë plotësisht dhe të arrihet një pishinë e sheshtë, një kovë tjetër mund të ngarkohet në furrë. Pasi ngarkesa e dytë është shkrirë plotësisht, kryhen operacione rafinimi për të kontrolluar dhe korrigjuar përbërjen kimike të çelikut dhe për të mbinxehur shkrirjen mbi pikën e ngrirjes së tij në përgatitje për trokitje. Futen më shumë formues të skorjeve dhe shumë oksigjen hyn në banjë, duke djegur papastërtitë si silikoni, squfuri, fosfori, alumini, mangani dhe kalciumi, dhe duke hequr oksidet e tyre në skorje.

Heqja e karbonit ndodh pasi këta elementë digjen fillimisht, pasi janë më të ngjashëm me oksigjenin. Metalet që kanë një afinitet më të ulët se hekuri, si nikeli dhe bakri, nuk mund të hiqen nga oksidimi dhe duhet të kontrollohen vetëm përmes kimisë. Ky është, për shembull, futja e hekurit të reduktuar direkt dhe gize të përmendur më parë.

skorje me shkumëvazhdon gjatë gjithë kohës dhe shpesh vërshon furrën për të dalë nga dera në gropën e synuar. Matja e temperaturës dhe përzgjedhja kimike kryhen duke përdorur shtiza automatike. Oksigjeni dhe karboni mund të maten mekanikisht me sonda speciale që janë të zhytura në çelik.

Përfitimet e prodhimit

Duke përdorur një sistem kontrolli për furrat e harkut të shkrirjes së çelikut, është e mundur të prodhohet çeliku nga 100% lëndë e parë - skrap. Kjo redukton në masë të madhe energjinë e nevojshme për prodhimin e substancës, krahasuar me prodhimin parësor nga xehet.

Një përfitim tjetër është fleksibiliteti: ndërsa furrat e furrave nuk mund të ndryshojnë ndjeshëm dhe mund të funksionojnë me vite, kjo mund të fillojë dhe të mbyllet shpejt. Kjo lejon që fabrika e çelikut të ndryshojë prodhimin në bazë të kërkesës.

Furra tipike e çelikut me hark është burimi i çelikut për mullirin e vogël, i cili mund të prodhojë produkte shufrash ose shiritash. Mini-shritoret mund të vendosen relativisht afër tregjeve të çelikut dhe kërkesat për transport janë më të vogla se sa për një fabrikë të integruar, e cila zakonisht ndodhet afër bregut për qasje në transport.

Pajisja e furrës së çelikut me hark

Seksioni kryq skematik është një elektrodë që ngrihet dhe ulet nga një ngasje rafti dhe pinioni. Sipërfaqja është e veshur me tulla zjarrduruese dhe veshje të poshtme. Dera lejon hyrjen në brendësipjesë të pajisjes. Trupi i furrës mbështetet në krahë lëkundëse në mënyrë që të mund të anohet për trokitje.