Дуговая печь
Электрическая дуговая печь (электрическая дуга печь) представляет собой промышленные печи , которая используется , помимо прочего, чтобы расплавить стальной лом для повторного использования в качестве нового стального продукта. В экспертных кругах часто говорят о ДСП ( английская электрическая дуговая печь ).
С одной стороны, сталь может производиться из железной руды в доменной печи и конвертере . Однако производство стали в электродуговых печах обходится дороже, чем в доменных печах. В электродуговых печах можно производить все виды стали, но из-за их высокой стоимости они в основном используются для производства качественных и нержавеющих сталей. Энергетически выгодно плавить стальной лом в дуговой электропечи. В 2017 году во всем мире было произведено 1688 миллионов тонн сырой стали, 28% из которых были произведены с помощью дуговых электропечей. Доля в Европе составила 42%, в Германии - 29% (октябрь 2016 г.).
Товары
Электродуговая печь используется для производства конструкционных сталей, качественных сталей и нержавеющих сталей.
Конструкция плавильной восстановительной печи (англ .: Submerged Arc Furnace , SAF) предназначена для плавки компонентов сплавов , ферросплавов или так называемых изображений . Продукция плавильных восстановительных печей в основном используется в металлургии и, следовательно, в металлургии . Менее распространено производство карбида кальция , металлургического кремния и синтетических кристаллов .
функция
В процессе электродуговой печи химическая энергия также может использоваться для плавления входящего материала в дополнение к электрической энергии. Большая часть общей энергии преобразуется в тепловую (до 3500 ° C), что приводит к плавлению входящего материала; другая часть приводит к нагреву футеровки печи. Тепло над дугой , которое горит между электродом и зарядом, в основном передается заряду посредством излучения. В дуговой печи переменного тока несколько дуг горят между загрузкой (или расплавом) и концами трех электродов. В случае дуги постоянного тока дуга передается от четырех нижних электродов (+) через нагрузку к одному электроду (-).
Помимо стального лома, в процессе производства электротехнической стали также можно перерабатывать губчатое или чушковое чугунное изделие . Помимо жидкой сырой стали, на расплаве образуется слой шлака из неметаллических исходных материалов (негашеная известь / оксид магния) и оксидов материалов сплава . Его задача связывать нежелательные компоненты и защищать стальную ванну от дальнейшего окисления и потери тепла, а также защищать печь от перегрева. Незадолго до выпуска шлак сливается из печи в шлаковом ведре, а затем вывозится специальным транспортным средством и выгружается в шлаковый слой. Жидкая сталь разливается в сталелитейный ковш, который стоит на тележке - ковше с дистанционным управлением и транспортирует сталь в печи-ковши для дальнейшей обработки .
Раньше было обычной практикой сливать расплав в ковш после того, как желаемое количество компонентов сплава было введено в стальную ванну, а затем разливать его в литейной установке. Сегодня в большинстве случаев электрическая печь используется как установка для чистой плавки для получения основного расплава с низким содержанием углерода , серы и фосфора . Окончательный анализ проводится только после выпуска в печь-ковш. Это приводит к более высокой точности анализа, а также к значительной экономии энергии. Несмотря на высокие затраты энергии на электроэнергию, а также на природный газ и кислород (для вспомогательных горелок в резервуаре), этот процесс очень гибкий в отношении количества производимых типов стали и различного качества стали.
Время расплавления, который по существу зависит от электрического выхода на печном трансформаторе и типа и качества используемого материала, имеет решающее значение для производства . Типичное время цикла (время между двумя нажатиями , время между нажатиями ) составляет от 45 до 90 минут. Время чистого плавления с использованием электрической дуги (время включения) составляет от 30 до 70 минут. Разница между двумя значениями времени содержит сумму времени отключения питания, в течение которого дуга гаснет. Это включает z. B. зарядка, отбор проб или техническое обслуживание. Чтобы достичь этого времени при указании мощности печи и входящего материала, трансформатор печи должен быть рассчитан таким образом, чтобы достигалась удельная электрическая мощность в диапазоне от 0,5 до 1,4 МВА / т.
Трансформатор печи, расположенный непосредственно рядом с печью, представляет собой специальный силовой трансформатор , обычно с масляным охлаждением и размещенный в собственном кожухе для защиты. Системы, работающие с трехфазным переменным током, достигают выходной мощности от нескольких 10 МВА до более 100 МВА и имеют ступенчатые переключатели для силовых трансформаторов для установки пониженного напряжения, которое подается в печь через соединения электродов. Электроснабжение обычно происходит в два этапа: силовой трансформатор, который преобразует высоковольтную сеть, такую как уровень 110 кВ, в промежуточное напряжение около 30 кВ и обычно располагается с электрическим высоковольтным распределительным устройством за пределами производственного цеха. Трансформатор печи, расположенный непосредственно рядом с печью, преобразует промежуточное напряжение в напряжения от нескольких 100 В до нескольких кВ, которые подают непосредственно на электроды в печах с переменным напряжением. Токи на стороне электродов во время работы составляют несколько 10 кА, а в больших печах также более 100 кА, поэтому соединительные шины с электродами должны быть как можно короче и выполнены в виде волноводов. Вода циркулирует внутри волновода для охлаждения. Соединение между трансформатором и электродами часто выполняется по схеме ранцевого мешка .
Дизайн
Электродуговая печь может быть спроектирована как печь постоянного тока (состоящая из плавильного электрода и нижнего электрода) или как печь переменного тока (состоящая из трех плавильных электродов). Длина дуги регулируется с помощью регулятора электрода . К питанию печей предъявляются повышенные требования, что связано с неравномерным горением дуги; существует риск нежелательных сетевых возмущений .
Сам корпус печи состоит из трех частей (нижний резервуар, верхний резервуар, крышка) и может наклоняться гидравлически. Стальные конструкции обычно имеют водяное охлаждение снаружи и футеровку изнутри огнеупорным материалом . Емкость (производительность печи) указывается в тоннах и обычно относится к количеству жидкой стали, т. Е. ЧАС. вес крана. Диапазон размеров простирается от 1 т (небольшие литейные заводы ) до 300 т (крупные сталелитейные заводы ).
Дно резервуара , который должен удерживать весь объем жидкой стали, выложена кирпичом формы огнеупорного материала на внутренней стороне . В нем также есть отверстие для крана, через которое жидкая сталь наливается в кастрюлю. Это отверстие выполнено либо в виде удлиненной «морды» с дренажным каналом, либо в виде эксцентричного нижнего отверстия. Последнее имеет то преимущество, что печь не нужно сильно наклонять во время выпуска. Эксцентрический выпуск также предотвращает попадание шлака, остающегося в печи, в ковш, что особенно желательно для дальнейшей обработки расплава в ковше. В современных процессах остаток жидкой стали остается в печи (горячая пятка) после выпуска, так что в последующем процессе преобладают лучшие условия зажигания дуги, а нижний резервуар лучше защищен от излучения дуги. В более поздних версиях также установлены форсунки, которые впрыскивают кислород в качестве реакционного газа или промывочные газы, такие как аргон или азот, под высоким давлением через пористый камень для пола ( фурмы ).
В дополнении к нижней емкости , то верхний сосуд должен держать твердый заряд . Он также выложены на внутренней или снабжены водяным охлаждением раковины меди тепла, поверхность которого герметично закрыт огнеупорной торкрет смеси , а также путем распыления процесса шлак. Вспомогательные горелки (природный газ / кислород) обычно устанавливаются в верхнем резервуаре . Напротив летки находится шлаковая заслонка в верхнем резервуаре. В более старых процессах шлак сливали в отдельный ковш для шлака через выпускное сопло. Тем временем образовавшийся технологический шлак сливается через эту шлаковую дверцу путем наклона печи в противоположном направлении на отдельный уровень или желоб, из которого он удаляется и транспортируется. Запираемая дверь также служит другим целям, например: B. отбор проб жидкой стали, измерение температуры, добавление добавок вручную, визуальный осмотр, а также дополнительная обработка с помощью внешних поворотных кислородных фурм , которые часто сочетаются с угольными фурмами .
Откидная крышка также облицована изнутри огнеупорным материалом. Когда крышка открывается, в печь загружаются лом, губчатое железо, жидкий чушковый чугун и добавки (например, легирующие агенты, такие как хром и т. Д.). Корзины с откидным дном используются для лома и других твердых добавок. Загрузка жидкого чугуна осуществляется с помощью поворотных огнеупорных поддонов. Когда крышка закрыта, графитовые электроды перемещаются в корпус печи через отверстия. В некоторых дизайнах более тонкие штучные изделия, такие как. B. губчатое железо, можно непрерывно отслеживать через дополнительное отверстие в крышке и конвейерную ленточную систему.
В современных процессах, в зависимости от наличия энергии и стоимости, электрическая энергия дополняется химической энергией (кислородом, также в сочетании с углеродом или природным газом). Особой конструкцией является печь CONARC (CON = Converter, ARC = Arcing) от SMS Siemag AG , в которой обе энергии используются эффективно. Печь состоит из двух резервуаров и сочетает в себе преимущества электродуговой печи и классического конвертерного дутья. В то время как заряд в одном резервуаре обрабатывается электрически с помощью поворотных графитовых электродов, заряд в другом резервуаре можно обезуглероживать с помощью верхней фурмы, которую также можно поворачивать с помощью впрыска кислорода.
Выбросы
В процессе электродуговой печи выделяются газы и пылесодержащие вещества. Поэтому необходимы эффективные вытяжные системы и фильтры. Кроме того, существуют звуковые излучения и электромагнитное излучение (излучение дуги и радиоволны от процессов зажигания дуги). Из-за высоких электрических электродных токов также возникают сильные переменные магнитные поля. По сравнению с производством сырой стали , использование электрической дуги позволяет экономить около 55% энергии.
Смотри тоже
литература
- Манфред Еллингхаузен: Производство стали в дуговой электропечи . Verlag Stahleisen, Дюссельдорф, ISBN 3-514-00502-8 .
Индивидуальные доказательства
- ↑ World Steel Association: World Steel в цифрах, 2017 г.
- ^ Европейская ассоциация производителей стали (EUROFER): Сталь в Европе в цифрах. Выпуск 2016, охватывающий 2011-2015 годы.
- ↑ Stahl-online.de: Производство стали в ноябре 2016 г. Информация для СМИ от 13 декабря 2016 г.
- ^ Tamini AC or DC Furnace Transformers , по состоянию на 6 марта 2019 г.
- ↑ Брошюра Siemens по промышленным трансформаторам , доступ 10 мая 2019 г.
- ^ Tamini Группа: дуговая печь Трансформаторы (PDF, на английском языке) ( Memento от 20 марта 2013 года в Internet Archive ).
