Un cuptor cu arc electric este un cuptor electric de topire care utilizează efectul termic al unui arc electric pentru a topi metale și alte materiale.
Desemnarea unui cuptor de topire a oțelului cu arc, de regulă, conține capacitatea sa în tone (de exemplu, DSP-12). Gama de cuptoare variază de la 1 la 400 de tone . Temperatura din PAL poate ajunge la 1800 °C . Elementele principale ale unui cuptor cu arc de topire a oțelului (EAF) sunt: un spațiu de lucru, inclusiv o baie și un spațiu superior deasupra băii, un mecanism pentru mutarea electrozilor cu suporturi pentru electrozi, echipamente electrice și un sistem de reglare a modurilor electrice. Spatiul de lucru este format dintr-o captuseala refractara din caramida si tocuri. Căptușeala poate fi acidă, bazică, neutră. Este împărțit în trei părți: boltă, pereți și dedesubt. Baia este partea din spațiul de lucru care conține oțel lichid și zgură. Spațiul superior de deasupra băii este o parte a spațiului de lucru, care este proiectat pentru a găzdui volumul inițial de încărcătură solidă (buloasă) și pentru a îndepărta acoperișul cuptorului de baie și arcurile electrice. Suporturile de electrozi fac parte din proiectarea mecanismului de mișcare a electrozilor, concepute pentru a fixa și ține electrozii. Ele pot fi în formă de clește sau în formă de pană. Echipamentul electric al unui cuptor cu arc de topire a oțelului include echipamentele unei substații de cuptor care furnizează energie cuptoarelor și echipamente care furnizează energie mecanismelor tehnologice ale cuptorului: deplasarea electrozilor, deschiderea și închiderea acoperișului, înclinarea cuptorului, etc.
Sistemul de reglare a modurilor electrice include un set de instrumente care mențin valorile necesare de curent, tensiune, putere. Baza acestui sistem este regulatorul de putere a arcului electric. Puterea arcului electric este controlată de un controler adaptiv software, care mișcă electrozii într-un plan vertical cu ajutorul unui dispozitiv de acţionare . Sunt cunoscute controlerele cu arc electric cu acţionare electromecanică, care, datorită inerţiei lor, nu au căpătat o răspândire largă şi sunt acum aproape complet înlocuite de controlere de acţionare electro-hidraulice. Deplasarea electrodului în sus sau în jos modifică lungimea arcului și mărimea caracteristicilor electrice: deplasarea electrodului în sus crește lungimea arcului, ceea ce duce la creșterea tensiunii și la o scădere a curentului; atunci când electrodul este deplasat în jos, lungimea arcului scade, ceea ce duce la o creștere a curentului și o scădere a tensiunii. Când electrodul atinge o sarcină solidă, are loc un scurtcircuit.
Principiul reglării puterii este de a regla lungimea arcului la nivelul de tensiune selectat al transformatorului. Comutarea treptelor de tensiune ale transformatorului se realizează dintr-un punct centralizat. De asemenea, se practică utilizarea controlerelor de putere diferențială folosind tiristoare în structura lor. Ei implementează o metodă de control al puterii bazată pe menținerea unui raport constant între tensiune și puterea curentului și folosesc feedback asupra vitezei de rotație a motorului de antrenare a electrodului [1] .
De regulă, PAL are o sursă de alimentare individuală prin așa-numitul transformator „cuptor” conectat la o linie de înaltă tensiune. Puterea transformatorului poate ajunge la 300 MVA. Tensiunea sa secundară variază de la 50 la 300 V (în cuptoarele moderne până la 1200 V), iar tensiunea primară este de la 6 la 35 kV (pentru cuptoarele de mare putere până la 110 kV). Tensiunea secundară este reglată prin intermediul unui comutator treptat, care rămâne operațional chiar și în modul de topire.
Topirea oțelului se realizează în spațiul de lucru al cuptorului, care este limitat de sus de o boltă în formă de cupolă, de jos și, respectiv, din lateral, de o vatră sferică și pereți, a căror carcasă este căptușită cu material refractar. material din interior. Acoperișul detașabil poate fi realizat din cărămizi refractare susținute de un inel de susținere sau, ca și pereții cuptorului, poate fi din panouri răcite cu apă. Electrozii conductivi de grafit sunt introduși în spațiul de lucru prin trei orificii situate simetric în arc, care se pot deplasa în sus și în jos cu ajutorul unor mecanisme speciale. Cuptorul este de obicei alimentat de curent electric trifazat, există și cuptoare de curent continuu. Un cuptor cu arc modern puternic este folosit în principal ca unitate pentru topirea încărcăturii și obținerea unui semifabricat lichid, care este adus la compoziția chimică necesară prin prelucrare ulterioară.
Topirea cuprinde mai multe etape: topire, perioada de oxidare, perioada de reducere. Fiecare dintre moduri necesită soluționarea problemei repartizării raționale a puterii pe etapele procesului, care formează programele directive de topire. În momentul inițial de topire a sarcinii solide, puterea maximă nu este aplicată pentru a preveni uzura termică a căptușelii, deoarece electrozii sunt deschiși. Ca urmare a formării unui arc electric în sarcina solidă, începe pătrunderea puțurilor. Electrozii, care coboară în godeuri, sunt protejați de căptușeală de amestec, ceea ce face posibilă trecerea la modul de putere maximă. După topirea completă a încărcăturii, electrozii se deschid din nou și, pentru a preveni uzura termică a căptușelii, puterea de intrare este din nou redusă. Căutarea programelor directive optime pentru topire este una dintre cele mai importante sarcini, deoarece urmărește reducerea costului energiei electrice de proces.
Pentru prima dată în lume, posibilitatea de a folosi un arc pentru topirea metalelor a fost arătată de V.V. Petrov în 1803. Petrov a arătat că cu ajutorul unui astfel de arc este posibil nu numai topirea metalelor, ci și refacerea acestora din oxizi prin încălzirea lor în prezența agenților reducători carbonați. În plus, a reușit să obțină sudarea metalelor într-un arc electric.
În 1810, Humphry Davy a efectuat o demonstrație experimentală a arderii arcului electric. În 1853, Pichon a încercat să construiască un cuptor electrotermal. În 1878-79, Wilhelm Siemens a primit un brevet pentru un cuptor cu arc electric. În 1899, primul cuptor din oțel cu arc cu acțiune directă construit de Héru .
Deși PAL a fost folosit în timpul celui de -al Doilea Război Mondial pentru a produce aliaje de oțel, s-a răspândit abia după încheierea acestuia.
Topirea în EAF, după inspectarea cuptorului și repararea secțiunilor afectate ale căptușelii (umplere), începe cu umplerea încărcăturii . În cuptoarele moderne, încărcarea este încărcată de sus folosind o găleată de încărcare (coș). Pentru a proteja focarul de impactul cu bucăți mari de încărcătură, resturi mici sunt încărcate pe fundul căzii. Pentru formarea timpurie a zgurii, se introduce var în umplutură în cantitate de 2-3% în greutate din sarcina metalică. După terminarea umplerii, electrozii sunt coborâți în cuptor, comutatorul de înaltă tensiune este pornit și începe perioada de topire. În această etapă, electrozii se pot rupe (dacă există o conductivitate slabă între electrod și sarcină, arcul electric dispare, iar electrodul se sprijină pe o bucată neconductivă a sarcinii). Reglarea puterii de ieșire se realizează prin schimbarea poziției electrozilor (lungimea arcului electric ) sau a tensiunii de pe electrozi. După o perioadă de topire, în cuptor se formează un strat de metal și zgură . Zgura este descărcată prin orificiul de zgură (fereastra de lucru), adăugând constant agenți de formare a zgurii, pe toată perioada de topire, pentru a îndepărta fosforul din topitură. Zgura este spumată cu materiale care conțin carbon pentru a închide arcurile, pentru o mai bună descărcare și pentru a reduce deșeurile metalice.
Eliberarea oțelului finit și a zgurii în oală de oțel se realizează printr-o ieșire din oțel și o jgheab prin înclinarea spațiului de lucru (sau, dacă cuptorul este echipat cu o ieșire inferioară în loc de un jgheab, atunci prin acesta). Fereastra de lucru, închisă de un amortizor, este concepută pentru a controla progresul topirii (măsurarea temperaturii metalului și prelevarea de probe a compoziției chimice a metalului). De asemenea, fereastra de lucru poate fi folosită pentru a furniza materiale de formare și aliere a zgurii (în cuptoare mici). La cuptoarele moderne de rezistență grea, furnizarea de materiale care formează zgură în timpul topirii se realizează printr-o gaură specială din acoperiș prin alimentarea transportorului. Materialele carbonice pentru spumarea zgurii sunt introduse în cuptor fie în porțiuni prin acoperiș, fie injectate de arzătoare cu injecție cu un jet de aer comprimat. Înainte și în timpul atingerii, în oală se adaugă agenți de aliere și dezoxidare și se adaugă și materiale care formează zgura atunci când zgura de cuptor este tăiată.
Utilizarea energiei electrice (curent electric), capacitatea de a topi încărcătura (deșeuri de metal) din aproape orice compoziție, controlul precis al temperaturii metalului și al compoziției sale chimice au împins industria să folosească PAL în timpul celui de -al Doilea Război Mondial pentru producție. din oțel aliat, turnare de înaltă calitate și, ca urmare, piese de arme și muniție . Astăzi, cuptoarele cu arc de topire a oțelului produc diferite grade de oțel și fontă și pot fi, de asemenea, o sursă de materii prime (produse semifabricate) pentru ACP și CCM .
Supraîncălzire locală ridicată sub electrozi; dificultatea amestecării și a mediei compoziției chimice a oțelului; o cantitate semnificativă de produse de ardere și zgomot în timpul funcționării.
Principalele sarcini de control automat al procesului de topire sunt:
Opiniile moderne asupra problemelor controlului automat al proceselor de topire cu arc electric se bazează pe necesitatea de a rezolva două probleme: crearea unei structuri optime a cuptoarelor cu arc electric ca complexe electrotehnologice și sinteza controlului optim al proceselor fizice și chimice care au loc în sistem „topire – căptușeală – zgură – atmosferă”.
| Cuptoare | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Incalzi | |||||||||||
| Încălzire și gătit | |||||||||||
| bucătărie | |||||||||||
| Industrial |
| ||||||||||
| Metalurgia feroasă | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Concepte generale Metale negre Aliaj Fabrica de Siderurgie Complex metalurgic Istoria producerii și utilizării fierului | ||||||||||||
Procesele de bază |
| |||||||||||
Unități principale |
| |||||||||||
| Principalele produse și materiale |
| |||||||||||