فرن القوس الكهربائي لصناعة الصلب

فرن صناعة الصلب بالقوس الكهربائي – فرن يتم فيه استخدام حرارة القوس الكهربائي لصهر الفولاذ. تتراوح سعة أفران القوس من 6 ل 200 طن. تعمل هذه الأفران في المقام الأول على صهر السبائك والفولاذ عالي الجودة, والتي يصعب الحصول عليها في المحولات وأفران الموقد المفتوح. إحدى السمات الرئيسية لفرن القوس هي القدرة على تحقيق درجات حرارة عالية في مساحة العمل (ما يصل الى 2500 درجة مئوية).

المزايا الرئيسية ل فرن القوس الكهربائي لصناعة الصلب:

أحد عيوب فرن صناعة الصلب بالقوس الكهربائي هو الحاجة إلى ضمان الجودة العالية للمواد المشحونة, منها 75-100% هي خردة الصلب. يجب أن تحتوي الخردة على أقل قدر ممكن من الشوائب من المعادن غير الحديدية, الفوسفور, والصدأ. يجب أن تكون الخردة ثقيلة ليتم تحميلها دفعة واحدة, لأن. كل حمولة من الخردة تعمل على إطالة مدة الذوبان بشكل كبير. عيب آخر لفرن القوس هو الاستخدام غير المنتج لسعة الفرن خلال فترات انخفاض استهلاك الطاقة (فترات الأكسدة والاختزال).

تنقسم أفران القوس إلى أفران تعمل بشكل مباشر (القوس بين القطب والمادة الساخنة), تعمل بشكل غير مباشر (القوس بين الأقطاب الكهربائية خارج المادة الساخنة), ومغلقة التشغيل (القوس تحت الطبقة المادية). مثال على الفرن المغلق هو فرن السبائك الحديدية. في أفران من هذا النوع, أدنى فقدان للحرارة من خلال السقف, لأن. إنه محمي من القوس بطبقة من المواد.

أفران القوس الفولاذي عادة ما تكون أفران ذات تأثير مباشر وتنقسم إلى أفران تيار متردد (ACF) وأفران العاصمة (خصم التدفقات النقدية). في أفران التيار المتناوب, يمر تيار ثلاثي الطور بين الأقطاب الكهربائية عبر وسيط, وهي التهمة (معدن, الكربون). تتطلب هذه الأفران أجهزة باهظة الثمن للتعويض عن التكاليف المنخفضة ϕ، كما توجد مقاومات حثية كبيرة للإمداد الحالي في شبكة قصيرة, مما يؤدي إلى انتقال الطاقة تلقائيًا من مرحلة إلى أخرى. نتيجة ل, تشكيل "الميت" (نقص القوة) و "البرية" (الافراج عن الطاقة المفرطة) المرحلة ممكنة.

في أفران العاصمة, يتم تحرير الطاقة بالتساوي ولا توجد أجهزة تعويض متأصلة في أفران التيار المتردد. بدلا من ثلاثة أقطاب الجرافيت, هناك واحد فقط في DPPT (على الرغم من أنه يمكن تقسيمها إلى عدة), والقطب الثاني (الأنود) هو القطب السفلي. مزايا أفران التيار المستمر مقارنة بأفران التيار المتردد هي 1.5-2 مرات أقل استهلاك أقطاب الجرافيت, 5-15% استهلاك أقل للطاقة, 10% أقل ارتداء الحراريات, 8 مرات أقل انبعاث الغبار (0.9- 1 كجم/طن بدلاً من 7-8 كجم/طن في فرن التيار المتردد) وفي مستوى ضوضاء أقل (90 ديسيبل بدلاً من 120 ديسيبل في أفران التيار المتردد).

يرتبط العيب الرئيسي لأفران صناعة الصلب بالقوس الكهربائي DC بالحصول على تيار مباشر من التيار المتردد والتكاليف الرأسمالية العالية للمحولات الحالية. للتعويض عن هذا النقص, وقد تم تطوير تقنيات أشباه الموصلات الخاصة. تشمل عيوب DBPT أيضًا الحاجة إلى استخدام أقطاب كهربائية أكثر تكلفة ذات قطر أكبر (700-750 مم) بدلاً من الأقطاب الكهربائية التي يبلغ قطرها 350-610 ملم في القوات المسلحة المصرية وعدم كفاية موثوقية الأقطاب الكهربائية السفلية.

مبدأ تشغيل اللوح هو كما يلي. يتم تحميل المواد المشحونة على موقد الفرن من الأعلى إلى مساحة العمل القابلة للفتح باستخدام حوض (سلة) مع قاع مفتوح.

بعد ذلك, يتحرك سقف الفرن إلى الحمام, الذي له شكل وعاء. يتم إنزال الأقطاب الكهربائية من خلال فتحات القوس حتى يحدث ماس كهربائي مع الشحنة ويتم إشعال الأقواس الكهربائية. تتم عملية الصهر والتسخين بسبب حرارة الأقواس الكهربائية التي تحدث بين الأقطاب الكهربائية من خلال المعدن السائل أو الشحنات المعدنية. بعد ذوبان الشحنة في الفرن, تتشكل طبقة من المعدن السائل والخبث. عن طريق إضافة مزيلات الأكسدة والمواد المضافة لصناعة السبائك إلى الفولاذ السائل, يتم تحقيق التركيبة الفولاذية المطلوبة. يتم تفريغ الفولاذ والخبث النهائي من خلال شلال التصريف عن طريق إمالة مساحة العمل. نافذة العمل, مغلق بواسطة المثبط, تم تصميمه للتحكم في تقدم الذوبان, إصلاح الموقد, تحميل المواد, وتصريف الخبث الوسيط (خلال فترة الأكسدة). درجة حرارة الفولاذ السائل أثناء التنصت هي 120-150 درجة مئوية أعلى من درجة حرارة السائل وهي 1550-1650 درجة مئوية.

في عملية الذوبان, 4 تتميز الفترات:

1 – تحضير الفرن للصهر (20-40 دقائق). تصحيح المناطق البالية تحت ملء الموقد بمسحوق المغنسيت, ملء التهمة;

2 - فترة الانصهار (70-180 دقائق). مدخلات الطاقة الكهربائية القصوى. تسخين وذوبان الشحنة; تشكيل الخبث بسبب أكسدة السيليكون, المنغنيز, الكربون, والحديد مع الأكسجين الجوي, حجم. من الممكن استخدام مواقد وقود الأوكسي المثبتة في الجدران أو على السطح لتسريع ذوبان الشحنات الصلبة. ومن الممكن نفخ المعدن السائل بالأكسجين لتسريع عملية صهر بقايا الشحنة غير المنصهرة. إزالة الكتلة الرئيسية من الفوسفور من المعدن بسبب وجود خبث الحديدوز الرئيسي;

3 - فترة الأكسدة (30-90 دقائق). تصريف الجزء الأكبر من الخبث لإزالة الفوسفور من الفرن; المضافة من المواد المضافة لتشكيل الخبث (الجير, إلخ.); مادة مضافة للأكسدة المكثفة للكربون, الحصول على تأثير "الغليان", يتم خلالها نزع الفسفرة من المعدن وإزالة الهيدروجين والنيتروجين باستخدام فقاعات ثاني أكسيد الكربون; التفريغ الدوري للخبث الرغوي; تسخين المعدن إلى درجة حرارة المخرج; تصريف كامل للخبث المؤكسد لمنع انتقال الفوسفور من الخبث إلى المعدن أثناء فترة الاسترداد;

4 - فترة التعافي (40-120 دقائق). مادة مضافة من الحديد والمنغنيز والحديد والكروم لجلب محتوى المنغنيز والكروم إلى المستوى المطلوب لدرجة الفولاذ الجاري صهرها, وكذلك الفيروسيليكون والألومنيوم لإزالة الأكسدة المعدنية (إزالة الأكسدة هي إزالة الأكسجين من المعدن السائل عن طريق إضافة مزيلات الأكسدة: الكربون, السيليكون, المنغنيز); التقاط الخبث عالي القاعدة بإضافة الجير, الفلورسبار, والطين الناري لتسريع عملية إزالة الأكسدة وإزالة الكبريت من المعدن; إزالة الأكسدة مع فحم الكوك المطحون; إزالة الأكسدة مع الفيروسيليكون المطحون الممزوج بالجير, الفلورسبار, وفحم الكوك; إذا لزم الأمر, إضافة مزيلات الأكسدة القوية: سيليكو الكالسيوم والألومنيوم; صناعة سبائك الصلب مع الحديد التنغستن, فيروفانديوم, الفيروسيليكون, الحديدوتيتانيوم, الألومنيوم, إلخ.; إطلاق الفولاذ مع الخبث لتحويل إضافي للكبريت والشوائب غير المعدنية إلى خبث.

المعلمات الرئيسية التي تحد من عملية الصهر هي درجة حرارة البطانة والطاقة الكهربائية الإجمالية. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة, ومن ثم يتم الحفاظ على الطاقة عند الحد الأقصى دون التعرض لخطر ارتفاع درجة حرارة البطانة. تتجاوز درجة الحرارة 1500-1800 درجة مئوية غير مرغوب فيها للبطانة. عادة ما يكون الموقد مصنوعًا من طوب المغنسيت, وجدران الحمام وقبوه مصنوعان من طوب المغنسيت والكروميت. تتراوح مقاومة بطانة الجدران والقبو من 75-250 يذوب. مقاومة الموقد 1500-5000 يذوب, على أن يتم تجديده بعد كل ذوبان وذلك بملئه بمسحوق المغنسيت. يجب ألا يتجاوز السمك الإجمالي للموقد في الأفران التي تعمل بالتحريك الكهرومغناطيسي 800-900 مم.

أثناء الذوبان, يتم إطلاق عدد كبير من الغازات المتربة من اللوح (وخاصة خلال فترة الأكسدة). درجة حرارة الغازات هي 900-1400 درجة مئوية. يصل متوسط ​​كمية الغازات خلال فترة الأكسدة إلى 180-200 m3/(ر⋅ح). في الغبار الرطب, يتم تبريد الغاز ثم إطلاقه في الغلاف الجوي.

لتقليل استهلاك الطاقة في اللوح, يوصى بما يلي:

1. نقل عمليات الأكسدة والاختزال إلى فرن القوس ذو الطاقة الأقل (منشآت "الفرن المغرفة".. في هذه الحالة, يتم تقليل قوة الخمول بشكل حاد, و, وفقاً لذلك, ينخفض ​​​​استهلاك الطاقة المحدد;

2. تسخين أولي للوقود للخليط قبل تحميله في القوات المسلحة المصرية ( فرن القوس الكهربائي لصناعة الصلب). يمكنك استخدام دلو التحميل لهذا الغرض. نتيجة: توفير الكهرباء باهظة الثمن;

3. استخدام مواقد الغاز والأكسجين للتسخين المسبق وإذابة الشحنة. نتيجة: تقليل وقت الذوبان واستهلاك الطاقة (بواسطة 10-15%). يتم الحصول على نفس التأثير عندما يتم نفخ المواد المحتوية على الكربون في نفث الأكسجين;

4. استخدام الحرارة الفيزيائية لغازات العادم مع استخدام التنقية الجافة لتسخين الماء لاحقًا أو بدون تنقية لتسخين الشحنة;

5. استخدام الحرارة الفيزيائية للخبث السائل للحصول على الماء الساخن وأغراض أخرى;

6. تركيب يميل من الأقطاب الكهربائية (ما يصل الى 45 درجات من العمودي), مما يسمح بإزالة الغازات عموديًا إلى أعلى عبر العمود وتسخين الشحنة. تأثير إضافي: انخفاض استهلاك الأقطاب الكهربائية بسبب تبريد أطرافها.

ترتيب الموقد, الجدران, وقوس فرن صناعة الصلب بالقوس الكهربائي الرئيسي

موقد فرن القوس, كقاعدة عامة, يقاوم حملة لمدة عامين (أكثر من 4,000 يذوب) حتى يتم استبداله بالكامل خلال عملية الإصلاح الرئيسية التالية.

تتكون البطانة الرئيسية لموقد فرن القوس من طبقة صدم, طبقة من الطوب, وطبقة عازلة للحرارة. عند إنشائه, ويلاحظ التسلسل التالي من العمليات:

الجزء السفلي من الغلاف المعدني للفرن مغطى بصفائح الأسبستوس 10-20 مم سميكة, تداخل اللحامات فيما بينها.

يُسكب مسحوق الطين الناري لتسوية السطح (5-30 مم). جدران الغلاف معزولة بألواح الأسبستوس في صف واحد أو صفين. يتم وضع الطوب الناري على السطح المستوي للقاع في صف واحد أو صفين على قالب وعلى الحافة, ملء الطبقات بمسحوق الطين الناري والنقر عليها بمطرقة خشبية.

يتم وضع طوب المغنسيت على الطين الناري على الحافة, على القالب في صفوف خطية, ويتم تنفيذ البناء من وسط قاع الفرن إلى الجدران. لا ينبغي أن تتطابق طبقات الصفوف المتوازية من البناء, لذلك, في كل صف, يتم وضع الطوب بزاوية 45 ° إلى الصف السابق. يتم البناء "الجاف", عن طريق فرك الطوب معًا. يجب ألا يتجاوز سمك اللحامات 1 و 2 مم, على التوالى, في الوسط وعلى الجدران (السيطرة مع التحقيق).

قبل وضع المواقد, يتم اختيار الطوب من نفس الحجم دون تقطيع. يتم رش كل صف من البناء بمسحوق المغنسيت, النقر على الطوب بالمطارق الخشبية للضغط. فجوة في درجة الحرارة تصل إلى 65 يتم ترك عرض مم حول محيط غلاف الفرن, ملئه بصوف الأسبستوس. لا يُسمح بالتشوهات في عرض الفجوة وعموديتها.

يتم تنفيذ وضع المنحدرات من طوب المغنسيت العادي بواسطة الحواف. على بناء الموقد, تم تحديد دائرة بقطر معين (اعتمادًا على قدرة فرن صناعة الصلب بالقوس الكهربائي) وتم وضع حلقة حواف من طوب المغنسيت على طولها. يتم تسوية المسافة بين الحلقة والموقد بكتلة من المغنسيت المصبوب, ويتم وضع الصف الأول من المنحدرات على المنصة المشكلة. يتم تنفيذ الصفوف اللاحقة من المنحدرات مع تداخل طبقات الصف السابق, تشكيل الحواف التي توفر عرضًا معينًا للصف العلوي المستقبلي. يتم صدم الكتلة في فجوة درجة حرارة المنحدرات, تداخلها مع الصف العلوي من الطوب. بعد تسوية الجزء العلوي من المنحدرات بمسحوق الماجنسيت, يبدأون في وضع الجدران.

أثناء وضع الجدران, يتم تقليل سمكها (نحو القوس) ويتم إعطاء الجدران منحدرًا طفيفًا (15-20 °).

لتقليل فقدان الحرارة من خلال الجدران, يتم عزل البناء عن الإطار بطبقة من الأسبستوس, رغوة النار أو الطوب الناري, وغيرها من المواد. للراحة في العمل, يتم لصق صفائح الأسبستوس على إطار الفرن بالزجاج السائل.

جدران الرئيسية أفران القوس الكهربائي تم وضعها بطوب المغنسيت والكروم والمغنسيت (يتحلل طوب Dinas الموجود في الفرن الرئيسي بسرعة تحت تأثير غبار الجير, لذلك فإن وضع هذا الجدار ليس شائعًا جدًا). في جدران أفران القوس الثقيلة, بدلاً من البناء الحراري في المنطقة العليا, يتم استخدام العناصر المبردة بالماء وفقًا لمتطلبات معينة (سمك جدار العنصر 14-20 مم; استهلاك المياه للتبريد 6-9 م 3 لكل 1 م2 من مساحة عنصر الجدار; القضاء على ملامسة العناصر مع الخبث والمعادن; معدل تدفق الماء في العناصر هو 2-6 آنسة; يجب أن تمنع المسامير الموجودة على السطح البطانة المقاومة للحرارة والحافة من الانزلاق). استخدام العناصر المبردة بالماء (لوحات) يؤدي إلى زيادة طفيفة في استهلاك الطاقة للصهر (ما يصل الى 10 كيلووات ساعة/طن, أو ما يصل إلى 2%), انخفاض في استهلاك الحراريات بنسبة 50%, وزيادة في إنتاجية فرن القوس حتى 25%.

تم استخدام جدران البناء في إطارات معدنية احتياطية على نطاق واسع بما فيه الكفاية. يتم تركيب الطوب الموجود فيها بإحكام على الملاط الحراري أو الخرسانة ذات التركيبات المناسبة.

يتم تنفيذ وضع المخرج على الخرسانة الملاط أو الكروم. لوضع الأعمدة, يتم استخدام الطوب الكرومو المغنسيت, وللأقواس, يتم استخدام الطوب بيريكلاز-الإسبنيل. أعمدة نافذة العمل مصنوعة من طوب البيركلاز والإسبنيل. على بعض الأفران, تتكون فتحة التصريف من أنبوب معدني سميك الجدران, بينما يتم سد الفجوات الموجودة في البطانة بالخرسانة المقاومة للحرارة.

بالتزامن مع وضع الجدران, يتم تصنيع بطانة مزراب الصرف. تم وضع الغلاف المعدني للميزاب باستخدام صفائح الأسبستوس. يتم وضع المنحدر المجاور لفتحة التصريف من طوب المغنسيت مع تداخل مع الحضيض ويضمن إرساءه بإحكام باستخدام طوب النار الموضوع في الحضيض على ملاط ​​من الطين الناري بسماكة مشتركة <2 مم. يتم طلاء حجر الحضيض بمجرفة بكتلة من الخرسانة الكروم ومختلطة بمحلول كبريتات المغنيسيوم بكثافة 1.2-1.24 ز / cm3 لاتساق كتلة شبه جافة. يتم تجفيف حجارة الميزاب جيدًا باستخدام موقد غاز حتى تتم إزالة الرطوبة تمامًا.

لتصريف المعدن من فرن القوس الكهربائي في المغرفة دون الخبث, يتم استخدام المزاريب المغلقة من نوع الغلاية ونافذة كبيرة.

بعد الانتهاء من أعمال الطوب, يبدأون في تصنيع الطبقة المحشوة العاملة من الموقد. يتم تنفيذه: 1) من مسحوق المغنسيت على الراتنج المجفف (89% المغنسيت, 10% قطران الفحم, و 1% يقذف); 2) الزجاج السائل, و 3) جاف. قبل الحشو على الراتنج, يتم تسخين وضع الموقد إلى 60-80 درجة مئوية ومسحوق المغنسيت – إلى 100 درجة مئوية. يتم وضع الخليط في الفرن ويتم حشوه بمدك هوائي في طبقات من 30-40 مم. هذه الطريقة لتصنيع طبقة العمل للموقد شاقة للغاية, لأنه يصاحبه إطلاق غازات ضارة.

في معظم أفران صناعة الصلب بالقوس الكهربائي, يتم ملء الطبقة العاملة للموقد بشكل جاف باستخدام مسحوق المغنسيت 65-75% من الحبوب بحجم 0.1-4 مم, 25-35% من الحبوب <0.1 مم, و 15% من الجزيئات ذات الحجم <0.06 مم. قبل الحشو, يتم تنظيف بطانة الموقد جيدًا, ويتم قياس عمق الحمام على مستوى عتبة نافذة التعبئة وأسفل المخرج (ينبغي أن يكون على الأقل 1300 مم).

المنحدرات محشوة في وقت واحد مع الموقد, في حين للحد من الانزلاق على الموقد, يتم ترطيب كتلة الحشوة. يجب أن يكون سمك طبقة الحشو للموقد >200 ملم لعمق الحوض >1100 مم. يتم فحص كثافة التعبئة بقضيب معدني 4-5 م.

بعد الحشو, الموقد مغطى بصفائح من الحديد 3-5 مم سميكة. لمنع تلف الموقد أثناء التعبئة, يجب ألا تتجاوز المسافة بين سلة التعبئة والموقد 0.5 م.

لتقليل وقت التوقف عن العمل في أفران صناعة الصلب بالقوس الكهربائي بسبب الإصلاحات, يتم تنفيذ عملية وضع وتعبئة بطانة موقد أفران القوس مسبقًا في إطار احتياطي, في حين يتم تعويض استهلاك حديد الغلاية لتصنيع غلاف الفرن الإضافي من خلال التوفير الناتج عن تقليل مدة الإصلاحات.

لقد زاد قوس الفرن القوسي من التآكل مقارنة بالأجزاء الأخرى من البطانة. إلى حد أكبر (2-3 مرات) يتآكل الجزء المركزي من القوس, بشكل رئيسي بالقرب من الأقطاب الكهربائية. تم تحقيق زيادة كبيرة في متانة بطانة القبو من خلال استخدام العناصر المبردة بالماء في البناء.

لبطانة الخزائن, يتم استخدام طوب المغنسيت والكروميت على نطاق واسع وفي كثير من الأحيان أقل بكثير - طوب الديناس. يستخدم عدد من المصانع الأجنبية الطوب عالي الألومينا. القوس محشو على قالب معدني مقبب, مع سهم رفع معين. يعتمد مقدار التحدب في بناء القبو على مادة البطانة. نسبة ارتفاع الانتفاخ (طفرة الرفع) إلى قطر القوس هو 1:12 لديناس, و 1:10 لكروميت المغنسيت. يحتوي القالب على تجاويف لثقوب القطب الكهربائي في البناء والمشابك للتثبيت الدقيق للإطار المقبب. مع الموضع الصحيح للإطار على القالب وتوافق الثقوب الموجودة في بناء السقف مع موقع الأقطاب الكهربائية, رمح الأكسجين, وعادم الغاز على الفرن, يتم الحصول على توفير كبير في الوقت المناسب لاستبدال السقف ببطانة مهترئة و, فضلاً عن ذلك, زيادة في عمر الخدمة للسقف الجديد.

اعتمادًا على قدرة فرن صناعة الصلب بالقوس الكهربائي, شروط الخدمة, وخصائص التآكل للبطانة المقاومة للحرارة للأقبية, يتم استخدام أربع طرق زرع: مقوس, قطاع مقوس, القطاع ومجتمعة (حلقي على الهامش, والقطاع في المركز). يتم استخدام البناء المقوس في الأفران ذات السعة الصغيرة. الأكثر شيوعا هو البناء القطاعي المقوس. يتم تنفيذها بالطوب على شكل. في البداية, من خلال منتصف القبو, عادة ما يكون عرضهما طابوقين, تم وضع قوس ضخم, حيث يتم إحضار قوس آخر بزاوية قائمة. تمتلئ القطاعات الموجودة بين الأقواس بالطوب بتسلسل معين.