Four de fabrication d'acier à arc électrique - un four dans lequel la chaleur d'un arc électrique est utilisée pour faire fondre l'acier. La capacité des fours à arc varie de 6 à 200 tonnes. Ces fours servent principalement à la fusion des aciers alliés et de haute qualité, difficiles à obtenir dans les convertisseurs et les fours à sole. L'une des principales caractéristiques d'un four à arc est la capacité d'atteindre des températures élevées dans l'espace de travail. (jusqu'à 2500 °C).
Principaux avantages de Four de sidérurgie à arc électrique:
- La capacité de contrôler les propriétés redox du milieu lors de la fusion, ainsi que de fournir une atmosphère réductrice et des scories non oxydantes dans le four, ce qui prédétermine un petit gaspillage d'éléments d'alliage (pour référence: les déchets sont des pertes de métal résultant de l'oxydation lors de la fusion ou du chauffage);
- Le chauffage rapide du métal est associé à l’apport d’énergie thermique dans le métal lui-même. Cela permet d'introduire de grandes quantités d'éléments d'alliage dans le four.;
- Réglage fluide et précis de la température de l'acier;
- Plus complet que dans les autres fours, désoxydation des métaux, l'obtenir avec une faible teneur en inclusions non métalliques;
- obtenir de l'acier à faible teneur en soufre.
L'un des inconvénients d'un four de fabrication d'acier à arc électrique est la nécessité de garantir une haute qualité des matériaux de charge., dont 75-100% c'est de la ferraille d'acier. La ferraille doit contenir le moins possible d'impuretés de métaux non ferreux, phosphore, et la rouille. La ferraille doit être lourde à charger en une seule fois, parce que. chaque chargement de ferraille allonge considérablement la fusion. Un autre inconvénient du four à arc est l'utilisation improductive de la capacité du four pendant les périodes de faible consommation d'énergie. (périodes d'oxydation et de réduction).
Les fours à arc sont divisés en fours à commande directe (l'arc entre l'électrode et le matériau chauffé), à commande indirecte (l'arc entre les électrodes à l'extérieur du matériau chauffé), et à fonctionnement fermé (l'arc est sous la couche de matériau). Un exemple de four à action fermée est un four à ferro-alliages. Dans les fours de ce type, la perte de chaleur la plus faible à travers le toit, parce que. il est protégé de l'arc par une couche de matériau.
Les fours à arc en acier sont généralement des fours à action directe et sont divisés en fours à courant alternatif. (ACF) et fours à courant continu (DCF). Dans les fours à courant alternatif, un courant triphasé passe entre les électrodes par un intermédiaire, quelle est la charge (métal, carbone). Ces fours nécessitent des dispositifs coûteux pour compenser le faible cos ϕ et il existe de grandes résistances inductives de l'alimentation en courant dans un réseau court., ce qui provoque un transfert spontané de puissance d’une phase à une autre. Par conséquent, la formation d’un « mort » (manque de puissance) et un "sauvage" (libération de puissance excessive) la phase est possible.
Dans les fours à courant continu, la puissance est libérée uniformément et il n'y a aucun dispositif de compensation inhérent aux fours à courant alternatif. Au lieu de trois électrodes en graphite, il n'y en a qu'un dans le DPPT (bien qu'il puisse être divisé en plusieurs), et la deuxième électrode (anode) est l'électrode inférieure. Les avantages des fours à courant continu par rapport aux fours à courant alternatif sont les suivants : 1.5-2 fois moins de consommation d'électrodes en graphite, 5-15% moins de consommation d'énergie, 10% moins d'usure des réfractaires, 8 fois moins d’émission de poussière (0.9- 1 kg/t au lieu de 7-8 kg/t dans un four AC) et dans un niveau de bruit inférieur (90 décibels au lieu de 120 décibels dans les fours AC).
Le principal inconvénient des fours de fabrication d'acier à arc électrique à courant continu est lié à l'obtention de courant continu à partir de courant alternatif et aux coûts d'investissement élevés pour les convertisseurs de courant.. Pour compenser cette lacune, des technologies spéciales de semi-conducteurs ont été développées. Les inconvénients du DBPT incluent également la nécessité d'utiliser des électrodes plus coûteuses et d'un plus grand diamètre (700-750 mm) au lieu d'électrodes d'un diamètre de 350-610 mm dans le AEP et la fiabilité insuffisante des électrodes inférieures.
Le principe de fonctionnement des panneaux de particules est le suivant. Les matériaux de charge sont chargés sur le foyer du four par le haut dans l'espace de travail ouvrable à l'aide d'une cuve (panier) avec un fond ouvrant.
Après cela, le toit du four se déplace sur le bain, qui a la forme d'un bol. Les électrodes sont abaissées à travers les trous de l'arc jusqu'à ce qu'un court-circuit se produise avec la charge et que des arcs électriques s'enflamment. La fusion et le chauffage sont effectués grâce à la chaleur des arcs électriques qui se produisent entre les électrodes à travers du métal liquide ou des charges métalliques.. Après avoir fondu la charge dans le four, une couche de métal liquide et de scories se forme. En ajoutant des désoxydants et des additifs d'alliage à l'acier liquide, la composition d'acier souhaitée est obtenue. L'acier fini et les scories sont évacués par une goulotte de drainage en inclinant l'espace de travail. La fenêtre de travail, fermé par un registre, est conçu pour contrôler la progression de la fonte, réparer le foyer, charger des matériaux, et décharge de scories intermédiaire (pendant la période d'oxydation). La température de l'acier liquide pendant le taraudage est 120-150 °C supérieur à la température du liquidus et est 1550-1650 °C.
En train de fondre, 4 les périodes sont distinguées:
1 – préparation du four pour la fusion (20-40 minutes). Correction des zones usées sous remplissage du foyer avec de la poudre de magnésite, remplir la charge;
2 – période de fusion (70-180 minutes). L'entrée de la puissance électrique maximale. Chauffage et fusion de la charge; formation de scories due à l'oxydation du silicium, manganèse, carbone, et repasser avec de l'oxygène dans l'air, échelle. Il est possible d'utiliser des brûleurs oxy-combustibles installés dans les murs ou en toiture pour accélérer la fusion de la charge solide.. Il est possible de souffler du métal liquide avec de l'oxygène pour accélérer le processus de fusion des restes de charge non fondue.. Élimination de la masse principale de phosphore du métal en raison de la présence des principales scories ferreuses;
3 – période d'oxydation (30-90 minutes). Vidange de la majeure partie des scories pour éliminer le phosphore du four; additif d'additifs formant des scories (citron vert, etc.); additif de minerai pour l'oxydation intensive du carbone, obtenir l’effet « d’ébullition », pendant lequel le métal est déphosphoré et l'hydrogène et l'azote sont éliminés avec des bulles de CO; décharge périodique de scories mousseuses; chauffer le métal à la température de sortie; vidange complète des scories oxydantes pour éviter le transfert de phosphore des scories vers le métal pendant la période de récupération;
4 – période de récupération (40-120 minutes). L'additif de ferromanganèse et de ferrochrome pour amener la teneur en manganèse et en chrome à celle requise pour la nuance d'acier en cours de fusion., ainsi que du ferrosilicium et de l'aluminium pour la désoxydation des métaux (la désoxydation est l'élimination de l'oxygène du métal liquide en ajoutant des désoxydants: carbone, silicium, manganèse); récupérer les scories hautement basiques en ajoutant de la chaux, spath fluor, et de l'argile réfractaire pour accélérer la désoxydation et l'élimination du soufre du métal; désoxydation avec du coke moulu; désoxydation avec du ferrosilicium broyé mélangé à de la chaux, spath fluor, et du coca; si nécessaire, l'ajout de désoxydants puissants: Silico-calcium et aluminium; alliage d'acier avec du ferrotungstène, ferrovanadium, ferrosilicium, ferrotitane, aluminium, etc.; libération d'acier avec des scories pour une conversion supplémentaire du soufre et des inclusions non métalliques en scories.
Les principaux paramètres qui limitent le processus de fusion sont la température du revêtement et la puissance électrique totale.. Si la température est basse, alors la puissance est maintenue au maximum sans risque de surchauffe de la doublure. Température dépassant 1500-1800 °C n'est pas souhaitable pour le revêtement. Le foyer est généralement constitué de briques de magnésite, et les murs et la voûte du bain sont en briques de magnésite-chromite. La résistance du revêtement des murs et de la voûte varie de 75-250 fond. La résistance du foyer est 1500-5000 fond, à condition qu'il soit renouvelé après chaque fusion par remplissage de poudre de magnésite. L'épaisseur totale de la sole des fours fonctionnant sous agitation électromagnétique ne doit pas dépasser 800-900 mm.
Pendant la fonte, un grand nombre de gaz poussiéreux sont libérés par les panneaux de particules (surtout pendant la période d'oxydation). La température des gaz est 900-1400 °C. La quantité moyenne de gaz pendant la période d'oxydation atteint 180-200 m3/(t⋅h). En dépoussiérage humide, le gaz est refroidi puis rejeté dans l'atmosphère.
Pour réduire la consommation d’énergie des panneaux de particules, ce qui suit est recommandé:
1. Transfert des opérations d'oxydation et de réduction vers un four à arc de moindre puissance (installations « fours-poches ». Dans ce cas, la puissance au ralenti est fortement réduite, et, par conséquent, la consommation d’énergie spécifique diminue;
2. Chauffage préliminaire du mélange avant chargement dans l'EAF ( four de fabrication d'acier à arc électrique). Vous pouvez utiliser un seau de chargement pour cela. Résultat: économiser de l'électricité coûteuse;
3. Utilisation de brûleurs gaz-oxygène pour préchauffer et faire fondre la charge. Résultat: réduction du temps de fusion et de la consommation d’énergie (par 10-15%). Le même effet est obtenu lorsque des matériaux contenant du carbone sont soufflés dans un jet d'oxygène.;
4. Utilisation de la chaleur physique des gaz d'échappement avec utilisation d'une purification à sec pour le chauffage ultérieur de l'eau ou sans purification pour chauffer la charge;
5. L'utilisation de la chaleur physique des scories liquides pour obtenir de l'eau chaude et à d'autres fins;
6. Installation inclinée des électrodes (jusqu'à 45 degrés par rapport à la verticale), qui permet aux gaz d'être évacués verticalement vers le haut à travers l'arbre et de chauffer la charge. Effet supplémentaire: consommation réduite des électrodes grâce au refroidissement de leurs extrémités.
Disposition du foyer, Murs, et voûte du four principal de fabrication d'acier à arc électrique
Le foyer d'un four à arc, en règle générale, résiste à une campagne de deux ans (plus que 4,000 fond) jusqu'à ce qu'il soit complètement remplacé lors de la prochaine révision majeure.
Le revêtement principal du foyer d'un four à arc est constitué d'une couche de pilonnage, une couche de maçonnerie, et une couche d'isolation thermique. Lors de sa création, la séquence d'opérations suivante est observée:
Le fond du boîtier métallique du four est recouvert de feuilles d'amiante 10-20 mm d'épaisseur, chevaucher les coutures entre elles.
De la poudre d'argile réfractaire est versée pour niveler la surface (5-30 mm). Les parois du caisson sont isolées avec des feuilles d'amiante en une ou deux rangées. Les briques en argile réfractaire sont posées sur la surface nivelée du fond en une ou deux rangées sur une matrice et sur un bord, remplir les joints avec de la poudre de chamotte et les tapoter avec un marteau en bois.
Des briques de magnésite sont disposées sur de la chamotte sur le bord, sur le dé en rangées linéaires, et la maçonnerie est réalisée du centre du fond du four jusqu'aux murs. Les joints des rangées parallèles de maçonnerie ne doivent pas coïncider, donc, dans chaque rangée, les briques sont disposées selon un angle de 45 ° à la ligne précédente. La maçonnerie est réalisée « à sec », en frottant les briques ensemble. L'épaisseur des coutures ne doit pas dépasser 1 et 2 mm, respectivement, au centre et sur les murs (contrôle avec une sonde).
Avant de poser les foyers, les briques de même taille sont sélectionnées sans écaillage. Chaque rangée de maçonnerie est saupoudrée de poudre de magnésite, taper sur les briques avec des marteaux en bois pour le compactage. Un écart de température allant jusqu'à 65 mm de large est laissé autour de la circonférence du boîtier du four, le remplir de laine d'amiante. Les distorsions dans la largeur et la verticalité de l'espace ne sont pas autorisées.
La pose de pentes en briques de magnésite normales est réalisée par des rebords. Sur la maçonnerie du foyer, un cercle d'un certain diamètre est tracé (en fonction de la capacité du four de sidérurgie à arc électrique) et un anneau de bordure en brique de magnésite est disposé le long de celui-ci.. L'espace entre l'anneau et le foyer est nivelé avec une masse de magnésite battue, et la première rangée de pentes est aménagée sur la plateforme formée. Les rangées suivantes de pentes de pose sont réalisées avec chevauchement des coutures de la rangée précédente, former des rebords qui offrent une largeur donnée de la future rangée supérieure. La masse battue est tassée dans l'écart de température des pentes, en le chevauchant avec la rangée supérieure de maçonnerie. Après avoir nivelé le haut des pistes avec de la poudre de magnésite, ils commencent à poser les murs.
Lors de la pose des murs, leur épaisseur est réduite (vers l'arche) et les murs ont une légère pente (15-20 °).
Pour réduire les pertes de chaleur à travers les murs, la maçonnerie est isolée de la charpente avec la feuille d'amiante, mousse réfractaire ou briques en argile réfractaire, et autres matériaux. Pour plus de commodité au travail, une feuille d'amiante est collée au cadre du four avec du verre liquide.
Les murs du bâtiment principal fours à arc électrique sont aménagés avec des briques de magnésite et de chrome-magnésite (La brique Dinas dans le four principal se scories rapidement sous l'action de la poussière de chaux, donc cette pose de mur n'est pas très courante). Dans les murs des fours à arc robustes, au lieu de maçonnerie réfractaire dans la zone supérieure, les éléments refroidis à l'eau sont utilisés conformément à certaines exigences (épaisseur de paroi de l'élément 14-20 mm; consommation d'eau pour le refroidissement 6-9 m3 par 1 m2 de surface d'élément de mur; élimination du contact des éléments avec les scories et le métal; le débit d'eau dans les éléments est 2-6 MS; les pointes sur la surface doivent empêcher le revêtement réfractaire et le rebord de glisser). L'utilisation d'éléments refroidis à l'eau (panneaux) entraîne une légère augmentation de la consommation électrique pour la fusion (jusqu'à 10 kWh/t, ou jusqu'à 2%), une diminution de la consommation de réfractaires de 50%, et une augmentation de la productivité du four à arc jusqu'à 25%.
Les murs en maçonnerie dans des charpentes métalliques de rechange ont été suffisamment largement utilisés.. La brique qu'ils contiennent s'adapte parfaitement aux mortiers ou bétons réfractaires de compositions appropriées.
La pose de la prise est réalisée sur mortier ou béton chromé. Pour la pose de colonnes, des briques chromo-magnésites sont utilisées, et pour les arches, des briques périclase-spinelle sont utilisées. Les colonnes de la fenêtre de travail sont constituées de briques périclase-spinelle. Sur certains fours, le trou de drainage est formé par un tuyau métallique à paroi épaisse, tandis que les interstices du revêtement sont colmatés avec du béton réfractaire.
Simultanément à la pose des murs, le revêtement de la gouttière est réalisé. L'enveloppe métallique de la gouttière est recouverte de feuilles d'amiante. La pose du talus adjacent au trou d'évacuation est réalisée en brique de magnésite avec chevauchement avec la gouttière et assure son ancrage étanche avec des briques réfractaires posées dans la gouttière sur un mortier réfractaire d'une épaisseur de joint de <2 mm. La maçonnerie chamotte de la gouttière est enduite à la truelle d'une masse de béton chromé et mélangée avec une solution de sulfate de magnésium d'une densité de 1.2-1.24 g / cm3 jusqu'à la consistance d'une masse semi-sèche. La maçonnerie de gouttière est soigneusement séchée avec un brûleur à gaz jusqu'à ce que l'humidité soit complètement éliminée.
Pour drainer le métal du four à arc électrique dans la louche sans scories, des gouttières fermées de type bouilloire et une baie vitrée sont utilisées.
Après l'achèvement de la maçonnerie, ils commencent à fabriquer la couche de travail du foyer. Il est exécuté: 1) de la poudre de magnésite sur la résine déshydratée (89% magnésite, 10% goudron de houille, et 1% pas); 2) verre liquide, et 3) sec. Avant de rembourrer sur résine, la pose du foyer est chauffée à 60-80 °C et la poudre de magnésite – à 100 °C. Le mélange est mis dans le four et bourré de pilonneuses pneumatiques en couches de 30-40 mm. Cette méthode de fabrication de la couche de travail du foyer est très laborieuse, car il s'accompagne de la libération de gaz nocifs.
Sur la plupart des fours sidérurgiques à arc électrique, le remplissage de la couche de travail du foyer est réalisé à sec avec de la poudre de magnésite contenant 65-75% de grains d'une taille de 0.1-4 mm, 25-35% de céréales <0.1 mm, et 15% de particules d'une taille de <0.06 mm. Avant de farcir, le revêtement du foyer est soigneusement nettoyé, et la profondeur du bain est mesurée au niveau du seuil de la fenêtre de remplissage et du fond de la sortie (devrait être au moins 1300 mm).
Les pentes sont bourrées en même temps que le foyer, tout en réduisant les glissements sur le foyer, la masse de farce est humidifiée. L'épaisseur de la couche de rembourrage du foyer doit être >200 mm pour une profondeur de baignoire de >1100 mm. La densité d'emballage est vérifiée avec une tige métallique de 4 à 5 m.
Après la farce, le foyer est recouvert de tôle 3-5 mm d'épaisseur. Pour éviter d'endommager le foyer lors du remplissage, la distance entre le panier de remplissage et le foyer ne doit pas dépasser 0.5 m.
Réduire les temps d'arrêt des fours de fabrication d'acier à arc électrique dus à des réparations, la pose et le conditionnement du revêtement du foyer des fours à arc sont effectués au préalable dans un châssis de rechange, tandis que la consommation de fonte de chaudière pour la fabrication d'un caisson de four supplémentaire est compensée par les économies réalisées grâce à une réduction de la durée des réparations.
La voûte du four à arc présente une usure accrue par rapport aux autres parties du revêtement. Dans une plus grande mesure (2-3 fois) la partie centrale de l'arc s'use, principalement près des électrodes. Une augmentation significative de la durabilité du revêtement de la voûte a été obtenue grâce à l'utilisation d'éléments refroidis à l'eau dans la maçonnerie..
Pour le revêtement des voûtes, les briques de magnésite-chromite sont les plus largement utilisées et beaucoup moins souvent – les briques dinas. Un certain nombre d'usines étrangères utilisent des briques à haute teneur en alumine. L'arche est bourrée sur un gabarit métallique en forme de dôme, avec une certaine flèche de levage. Le degré de convexité de la maçonnerie de la voûte dépend du matériau du revêtement.. Le rapport de la hauteur du renflement (flèche de levage) au diamètre de l'arc est 1:12 pour Dinas, et 1:10 pour magnésite chromite. Le gabarit comporte des évidements pour les trous d'électrodes dans la maçonnerie et des pinces pour une installation précise du cadre voûté. Avec le placement correct de la charpente sur le gabarit et la correspondance des trous dans la maçonnerie du toit avec l'emplacement des électrodes, la lance à oxygène, et l'échappement des gaz sur le four, un gain de temps important est obtenu pour le remplacement de la toiture par un revêtement usé et, en outre, une augmentation de la durée de vie de la nouvelle toiture.
En fonction de la capacité du four de sidérurgie à arc électrique, conditions de service, et caractéristiques d'usure du revêtement réfractaire des voûtes, quatre méthodes de pose sont utilisées: arqué, en arc de secteur, secteur et combiné (annulaire en périphérie, et secteur au centre). La maçonnerie cintrée est utilisée sur les fours de petite capacité. La maçonnerie à arc en secteur est la plus courante.. Il est réalisé avec des briques façonnées. Au début, au milieu du coffre-fort, généralement deux briques de large, une arche massive est aménagée, auquel un autre arc est amené à angle droit. Les secteurs entre les arches sont remplis de briques dans un certain ordre.
