תנור פלדה קשת: מכשיר, עיקרון הפעלה, כוח, מערכת בקרה

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

תנור קשת פלדה (EAF) הוא מכשיר שמחמם חומר על ידי כיפוף חשמלי.

מכשירים תעשייתיים נעים בגודל מיחידות קטנות, בערך טון אחד של כוח (המשמש בבתי יציקה לייצור מוצרי ברזל יצוק) ועד 400 יחידות לטון, המשמשות למיחזור פלדה. תנורי פלדה קשת, EAF, המשמשים במעבדות מחקר עשויים להיות בעלי קיבולת של כמה עשרות גרמים בלבד. הטמפרטורה של מכשירים תעשייתיים יכולה להגיע ל-1800 מעלות צלזיוס (3272 מעלות צלזיוס), בעוד שמתקנים מעבדתיים עולים על 3000 מעלות צלזיוס (5432 מעלות פרנהייט).

תנורי פלדה קשת (EAFs) שונים מתנורי אינדוקציה בכך שהחומר הנטען נתון ישירות לכיפוף חשמלי, והזרם בטרמינלים עובר דרך החומר הטעון.

בנייה

תנור פלדה קשת משמש לייצור פלדה ומורכב מכלי עקשן. מחולק בעיקר לשלושה חלקים:

• Shell, המורכב מקירות צד ופלדה תחתונהקערות.
• מזרן שעשוי מחומר עקשן.
• גג. זה יכול להיות עם בטנה עמידה בחום או מקורר מים. וזה גם עשוי בצורה של כדור או חרוט קטום (חתך חרוטי). הגג תומך גם בדלתא עקשנית במרכזו שדרכה נכנסת אלקטרודת גרפיט אחת או יותר.

פריטים בודדים

האח עשוי להיות בעל צורה חצי כדורית והוא נחוץ בכבשן אקסצנטרי לצורך הקשה בתחתית. בבתי מלאכה מודרניים, תנור פלדת הקשת - EAF 5 - מוגבה לעתים קרובות מעל קומת הקרקע, כך שניתן לתמרן בקלות מצקות וסירי סיגים מתחת לשני קצותיו. בנפרד מהמבנה תומך האלקטרודות ומערכת החשמל, וכן הפלטפורמה המשופעת עליה עומד המכשיר.

כלי ייחודי

תנור קשת להתכת פלדה מסוג EAF 3 מופעל על ידי מקור תלת פאזי ולכן יש לו שלוש אלקטרודות. יש להם קטע עגול וככלל קטעים עם חיבורי הברגה, כך שעם התבלותם ניתן להוסיף אלמנטים חדשים.

הקשת נוצרת בין החומר הטעון לבין האלקטרודה. המטען מחומם הן על ידי הזרם העובר דרכו והן על ידי האנרגיה המוקרנת שמשחררת הגל. הטמפרטורה מגיעה לכ-3000 מעלות צלזיוס (5000 מעלות צלזיוס), מה שגורם לחלקים התחתונים של האלקטרודות להאיר כמו מנורות ליבון כאשר תנור הקשת פועל.

אלמנטים מועלים ומורידים אוטומטית על ידי מערכת מיקום שיכולה להשתמש בכל חשמלכננת, מנופים או צילינדרים הידראוליים. הרגולציה שומרת על זרם קבוע בערך. מהי צריכת החשמל של תנור קשת? הוא נשמר קבוע במהלך המסת המטען, למרות שהפסולת עשויה לנוע מתחת לאלקטרודות כשהיא נמסה. שרוולי התורן המחזיקים את האלמנט יכולים לשאת פסים כבדים (שיכולים להיות צינורות נחושת חלולים מקוררים במים המספקים זרם למתלבשים) או "שרוולים חמים" שבהם כל החלק העליון נושא את המטען, מה שמגביר את היעילות.

הסוג האחרון יכול להיות עשוי פלדה מצופה נחושת או אלומיניום. כבלים גדולים מקוררי מים מחברים פסים או תושבות לשנאי הממוקם ליד התנור. כלי דומה מותקן באחסון ומקורר במים.

הקשה ופעולות אחרות

תנור קשת הפלדה EAF 50 בנוי על פלטפורמה משופעת כך שניתן לשפוך פלדה נוזלית לתוך מיכל אחר לצורך הובלה. פעולת ההטיה להעברת פלדה מותכת נקראת הקשה. בתחילה, לכל הקמרונות לייצור פלדה של תנור הקשת היה מצנח פריקה מכוסה בחומר עקשן, שנשטף החוצה כאשר הוא הוטה.

אבל לעתים קרובות לציוד מודרני יש שסתום יציאה תחתון אקסצנטרי (EBT) כדי להפחית את שילוב החנקן והסיגים בפלדה הנוזלית. לתנורים אלו פתח העובר אנכית דרך האח והקליפה והוא לא ממרכזו ב"פיה" צרה בצורת ביצה. זה מלאחול עקשן.

לצמחים מודרניים עשויים להיות שתי קונכיות עם סט אחד של אלקטרודות המועברות ביניהן. החלק הראשון מחמם את הגרוטאות, בעוד השני משמש להמסה. לתנורי DC אחרים יש פריסה דומה אבל יש אלקטרודות לכל נדן וסט אחד של מוצרי אלקטרוניקה.

אלמנטים חמצן

לתנורי AC יש בדרך כלל דפוס של נקודות חמות וקרה לאורך היקף האח, הממוקם בין האלקטרודות. באלה המודרניים, מבערי דלק חמצן מותקנים בקיר הצדדי. הם משמשים לאספקת אנרגיה כימית לאזורי מינוס, מה שהופך את חימום הפלדה לאחיד יותר. כוח נוסף מסופק על ידי אספקת חמצן ופחמן לכבשן. היסטורית זה נעשה עם חניתות (צינורות חלולים מפלדה עדינה) בדלת הסיגים, עכשיו זה נעשה בעיקר עם יחידות הזרקה צמודות קיר המשלבות מבערי דלק חמצן ומערכות אספקת אוויר לכלי אחד.

לכבשן פלדה מודרני בגודל בינוני יש שנאי בדירוג של כ-60,000,000 וולט-אמפר (60 MVA), עם מתח משני של 400 עד 900 וזרם העולה על 44,000. בחנות מודרנית, כגון התנור צפוי לייצר 80 טון של פלדה נוזלית בכ-50 דקות מהעמסת גרוטאות קרה ועד להקשה.

לשם השוואה, תנורי חמצן בסיסיים יכולים להיות בעלי קיבולת של 150-300 טון לכל אצווה או "להתחמם" ולהפיק חום למשך 30-40 דקות. ישנם הבדלים עצומים בפרטים של עיצוב ותפעול התנור,בהתאם למוצר הסופי ולתנאים המקומיים, כמו גם מחקר מתמשך לשיפור יעילות המפעל.

הגרוטה הגדולה ביותר בלבד (במונחים של משקל ברז ודירוג שנאים) היא מכשיר DC המיוצא מיפן במשקל ברז של 420 טון מטרי ומוזן על ידי שמונה שנאים של 32 MVA להספק כולל של 256 MBA.

זה לוקח בערך 400 קילוואט-שעה לייצר טון של פלדה בכבשן קשת חשמלי, או כ-440 קילוואט-שעה לכל מטרי. האנרגיה המינימלית התיאורטית הנדרשת להמסת גרוטאות פלדה היא 300 קילוואט-שעה (נקודת התכה 1520°C / 2768°F). לכן, EAF של 300 טון עם הספק של 300 MVA ידרוש כ-132 MWh של אנרגיה, וזמן ההפעלה הוא כ-37 דקות.

ייצור פלדה באמצעות קשת חשמלי משתלם כלכלית רק אם יש מספיק חשמל עם רשת מפותחת. במקומות רבים מפעלים פועלים בשעות השפל כאשר לחברות החשמל יש כושר ייצור עודף והמחיר למטר נמוך יותר.

מבצע

תנור פלדת הקשת יוצק פלדה למכונת מצקת קטנה. גרוטאות מתכת מועברות לשקע הממוקם ליד מתקן ההיתוך. גרוטאות נוטות להגיע בשני סוגים עיקריים: גרוטאות (מוצרים לבנים, מכוניות ופריטים אחרים העשויים מדומהפלדה קלה) והמסה כבדה (לוחות וקורות גדולים), כמו גם ברזל מופחת ישיר (DRI) או ברזל חזיר לאיזון כימי. תנורים נפרדים נמסים כמעט 100% DRI.

השלב הבא

הגרוטאות מועמסת לתוך דליים גדולים, הנקראים סלים, עם דלתות צדפה לבסיס. יש להקפיד על כך שהגרוטאות נמצאות בסל כדי להבטיח פעולה טובה של התנור. מעל מניחים נמס חזק עם שכבה קלה של שבר מגן, שעליו מונח חלק נוסף. כולם חייבים להיות נוכחים בתנור לאחר הטעינה. בשלב זה, הסל יכול לעבור לתוך מחמם הגרוטאות, שמשתמש בגזים החמים של מכונת ההיתוך כדי להחזיר אנרגיה, ולשפר את היעילות.

Overflow

ואז לוקחים את הכלי לחנות ההתכה, פותחים את גג הכבשן ומעמיסים לתוכו את החומר. העברה היא אחת הפעולות המסוכנות ביותר למפעילים. הרבה אנרגיה פוטנציאלית משתחררת על ידי טונות של מתכת נופלת. כל חומר נוזלי בתנור נדחק לעתים קרובות למעלה והחוצה על ידי גרוטאות מוצקות ושומן. אבק על מתכת מתלקח אם התנור חם, וגורם לכדור אש להתפרץ.

בחלק מהמכשירים עם מעטפת כפולה, גרוטאות מועמסת לתוך השני בזמן שהראשון נמס, ומחוממת מראש על ידי גז הפליטה מהחלק הפעיל. פעולות נוספות הן: העמסה רציפה ועבודה עם טמפרטורה על מסוע, אשר לאחר מכן פורק את המתכת לתוך התנור עצמו. מכשירים אחרים יכולים לאתחלחומר חם מפעולות אחרות.

Voltage

לאחר הטעינה, הגג נשען לאחור מעל התנור וההתכה מתחילה. מורידים את האלקטרודות אל פסולת המתכת, נוצרת קשת ולאחר מכן קובעים אותן כך שיתפשטו בשכבת הפירורים בחלק העליון של המכשיר. מתחים נמוכים נבחרים לפעולה זו כדי להגן על הגג והקירות מפני חום מוגזם ונזקי קשת.

לאחר שהאלקטרודות הגיעו להמסה הכבדה בבסיס הכבשן והגלים מוגנים על ידי הברזל, ניתן להגביר את המתח ולהעלות מעט את האלקטרודות, להאריך ולהגדיל את ההספק להיתוך. זה מאפשר לבריכה המותכת להיווצר מהר יותר, ומצמצם את זמן הברז.

חמצן מועף לתוך גרוטאות מתכת, פלדה בוערת או חותכת, וחום כימי נוסף מסופק על ידי מבערי קיר. שני התהליכים מאיצים את ההתכה של החומר. חרירי על-קול מאפשרים לסילוני חמצן לחדור אל הסיגים המקציפים ולהגיע לאמבט הנוזל.

חמצון זיהומים

חלק חשוב בייצור פלדה הוא היווצרות סיגים שצפים על פני הפלדה המותכת. הוא מורכב בדרך כלל מתחמוצות מתכת ומשמש גם כמקום לאיסוף זיהומים מחומצנים, כשמיכה תרמית (עוצרת איבוד חום מוגזם) וגם עוזר להפחית שחיקה של הציפוי העמיד.

עבור תנור עם חומרי עקשן בסיסיים המייצרים פלדת פחמן, יוצרי הסיגים הנפוצים הם תחמוצת סידן (CaO בצורת מבושלליים) ומגנזיום (MgO בצורת דולומיט ומגנזיט). חומרים אלה מועמסים בגרוטאות או מועפים לתוך הכבשן במהלך ההתכה.

מרכיב חשוב נוסף הוא תחמוצת ברזל, שנוצרת כאשר שורפים פלדה עם הכנסת חמצן. מאוחר יותר, בחימום, מוזרק לשכבה זו פחמן (בצורת פחם), המגיב עם תחמוצת ברזל ליצירת מתכת ופחמן חד חמצני. זה גורם להקצפה של הסיגים, וכתוצאה מכך יעילות תרמית גדולה יותר. הציפוי מונע פגיעה בגג ובדפנות הצד של התנור מחום קורן.

בעירה של זיהומים

לאחר שגרוטת המתכת נמסה לחלוטין ומגיעים לבריכה שטוחה, ניתן להעמיס דלי נוסף לתוך התנור. לאחר שהמטען השני נמס לחלוטין, מתבצעות פעולות זיקוק לבדיקת ותיקון ההרכב הכימי של הפלדה ולחמם את ההיתוך מעל לנקודת הקיפאון שלה לקראת ההקשה. יותר יוצרי סיגים מוכנסים וחמצן רב נכנס לאמבטיה, שורפים זיהומים כמו סיליקון, גופרית, זרחן, אלומיניום, מנגן וסידן ומוציאים את התחמוצות שלהם לסיגים.

הסרת פחמן מתרחשת לאחר שאלמנטים אלה נשרפו תחילה, מכיוון שהם דומים יותר לחמצן. מתכות בעלות זיקה נמוכה יותר מברזל, כגון ניקל ונחושת, אינן ניתנות להסרה באמצעות חמצון ויש לשלוט בהן רק באמצעות כימיה. זוהי, למשל, הכנסת ברזל מופחת ישיר וברזל יצוק שהוזכרו קודם לכן.

סיגים מוקצפיםנמשך לאורך כל הדרך ולעתים קרובות מציף את התנור כדי לעלות על גדותיו מהדלת לתוך הבור המיועד. מדידת טמפרטורה ובחירה כימית מתבצעות באמצעות חניתות אוטומטיות. ניתן למדוד חמצן ופחמן בצורה מכנית עם בדיקות מיוחדות שטבולות בפלדה.

הטבות ייצור

באמצעות מערכת בקרה לתנורי קשת להתכת פלדה, ניתן לייצר פלדה מ-100% חומר גלם - גרוטאות מתכת. זה מפחית מאוד את האנרגיה הדרושה לייצור החומר, בהשוואה לייצור ראשוני מעפרות.

יתרון נוסף הוא גמישות: בעוד שתנורי פיצוץ אינם יכולים להשתנות משמעותית ויכולים לפעול במשך שנים, ניתן להפעיל ולכבות את זה במהירות. זה מאפשר למפעל הפלדה לשנות את הייצור בהתאם לביקוש.

תנור פלדה אופייני לקשת הוא מקור הפלדה לטחנת מיני, שיכולה לייצר מוצר בר או רצועה. ניתן למקם מיני-smelters קרוב יחסית לשווקי פלדה ודרישות התחבורה פחותות מאשר למפעל משולב, שבדרך כלל ממוקם קרוב לחוף לצורך גישה למשלוח.

מכשיר תנור פלדה קשת

החתך הסכמטי הוא אלקטרודה המוגבהת ומורדת על ידי כונן מתלה. המשטח מרופד בלבנים עקשניות וחיפוי תחתון. הדלת מאפשרת גישה אל הפניםחלקים של המכשיר. גוף התנור נשען על זרועות נדנדה כך שניתן להטות אותו לצורך הקשה.