Lò luyện thép hồ quang: thiết bị, nguyên lý hoạt động, nguồn điện, hệ thống điều khiển

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Lò hồ quang thép (EAF) là một thiết bị làm nóng vật liệu bằng cách uốn điện.

Thiết bị công nghiệp có kích thước từ các đơn vị nhỏ, khoảng một tấn công suất (được sử dụng trong xưởng đúc để sản xuất các sản phẩm gang) đến 400 đơn vị mỗi tấn, được sử dụng để tái chế thép. Lò luyện thép hồ quang, EAF, được sử dụng trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu có thể có dung tích chỉ vài chục gam. Nhiệt độ của các thiết bị công nghiệp có thể đạt đến 1800 ° C (3272 ° F), trong khi các thiết bị lắp đặt trong phòng thí nghiệm vượt quá 3000 ° C (5432 ° F).

Lò luyện thép hồ quang (EAFs) khác với lò cảm ứng ở chỗ vật liệu được nạp trực tiếp chịu sự uốn cong điện và dòng điện tại các đầu cực đi qua vật liệu được tích điện.

Xây

Lò luyện thép hồ quang được sử dụng để sản xuất thép và được cấu tạo bởi một bình chịu lửa. Chủ yếu được chia thành ba phần:

• Vỏ, bao gồm thành bên và thép đáybát.
• Pallet được làm bằng vật liệu chịu lửa.
• Mái. Nó có thể là với một lớp lót chống nóng hoặc làm mát bằng nước. Và nó cũng được làm dưới dạng một quả bóng hoặc một hình nón cụt (phần hình nón). Mái nhà cũng hỗ trợ một vùng đồng bằng chịu lửa ở trung tâm của nó, qua đó một hoặc nhiều điện cực graphite đi vào.

Các mặt hàng riêng lẻ

Lò sưởi có thể có hình bán cầu và cần thiết trong một lò nung lệch tâm để khai thác đáy. Trong các phân xưởng hiện đại, lò luyện thép hồ quang - EAF 5 - thường được nâng cao trên tầng trệt để có thể dễ dàng điều động các muôi và nồi xỉ ở hai đầu. Tách biệt với cấu trúc là giá đỡ điện cực và hệ thống điện, cũng như bệ nghiêng đặt thiết bị.

Công cụ duy nhất

Lò điện hồ quang luyện thép EAF 3 điển hình được cung cấp bởi nguồn ba pha và do đó có ba điện cực. Chúng có một phần tròn và theo quy luật, các đoạn có kết nối ren, để khi chúng mòn, các phần tử mới có thể được thêm vào.

Hồ quang được hình thành giữa vật liệu tích điện và điện cực. Điện tích bị đốt nóng cả bởi dòng điện đi qua nó và bởi năng lượng bức xạ do sóng giải phóng. Nhiệt độ đạt khoảng 3000 ° C (5000 ° F), khiến các phần dưới của điện cực phát sáng như đèn sợi đốt khi lò hồ quang hoạt động.

Các phần tử được tự động nâng lên và hạ xuống bằng hệ thống định vị có thể sử dụng bất kỳ điệntời, palăng hoặc xi lanh thủy lực. Quy định duy trì một dòng điện gần như không đổi. Công suất tiêu thụ của lò điện hồ quang là bao nhiêu? Nó được giữ không đổi trong quá trình nóng chảy điện tích, mặc dù mảnh vụn có thể di chuyển dưới các điện cực khi nó nóng chảy. Các tay áo cột giữ phần tử có thể mang các thanh cái nặng (có thể là các ống đồng rỗng làm mát bằng nước cung cấp dòng điện cho các kẹp) hoặc "tay áo nóng" nơi toàn bộ phần trên mang điện tích, tăng hiệu quả.

Loại thứ hai có thể được làm bằng thép hoặc nhôm mạ đồng. Cáp lớn làm mát bằng nước kết nối thanh cái hoặc giá đỡ với máy biến áp đặt bên cạnh lò. Một công cụ tương tự được lắp đặt trong kho và được làm mát bằng nước.

Khai thác và các thao tác khác

Lò hồ quang thép EAF 50 được xây dựng trên bệ nghiêng để thép lỏng có thể được đổ vào một thùng chứa khác để vận chuyển. Hoạt động nghiêng để chuyển thép nóng chảy được gọi là khai thác. Ban đầu, tất cả các hầm luyện thép của lò hồ quang đều có máng xả được phủ bằng vật liệu chịu lửa, bị rửa trôi khi nghiêng.

Nhưng thường các thiết bị hiện đại có van thoát đáy lệch tâm (EBT) để giảm sự kết hợp của nitơ và xỉ vào thép lỏng. Những lò này có một lỗ mở chạy dọc qua lò sưởi và vỏ và nằm lệch tâm trong một "vòi" hình trứng hẹp. Nó được lấp đầycát chịu lửa.

Thực vật hiện đại có thể có hai lớp vỏ với một bộ điện cực được đặt giữa chúng. Phần đầu tiên làm nóng phế liệu, trong khi phần còn lại được sử dụng để nấu chảy. Các lò DC khác có cách bố trí tương tự nhưng có các điện cực cho mỗi vỏ bọc và một bộ thiết bị điện tử.

Nguyên tố oxy

LòAC thường có mô hình các điểm nóng và lạnh dọc theo chu vi của lò sưởi, nằm giữa các điện cực. Trong những thiết bị hiện đại, đầu đốt oxy-nhiên liệu được lắp ở tường bên. Chúng được sử dụng để cung cấp năng lượng hóa học cho các vùng âm, giúp cho quá trình nung nóng thép đồng đều hơn. Nguồn điện bổ sung được cung cấp bằng cách cung cấp oxy và carbon cho lò. Trước đây, điều này được thực hiện với các mũi giáo (ống rỗng bằng thép nhẹ) trong cửa xỉ, bây giờ nó chủ yếu được thực hiện với các đơn vị phun gắn trên tường kết hợp đầu đốt oxy-nhiên liệu và hệ thống cung cấp không khí vào một bình.

Một lò luyện thép cỡ trung hiện đại có một máy biến áp được đánh giá ở khoảng 60.000.000 vôn-ampe (60 MVA), với điện áp thứ cấp từ 400 đến 900 và dòng điện vượt quá 44.000. Trong một cửa hàng hiện đại, một Lò dự kiến sẽ sản xuất 80 tấn thép lỏng trong khoảng 50 phút từ khi nạp phế liệu nguội đến khi khai thác.

So sánh, các lò oxy cơ bản có thể có công suất 150-300 tấn mỗi mẻ hoặc "đốt nóng" và tạo ra nhiệt trong vòng 30-40 phút. Có sự khác biệt rất lớn trong các chi tiết của thiết kế và vận hành lò,tùy thuộc vào sản phẩm cuối cùng và điều kiện địa phương, cũng như nghiên cứu liên tục để nâng cao hiệu quả của nhà máy.

Loại chỉ phế liệu lớn nhất (về trọng lượng vòi và xếp hạng máy biến áp) là thiết bị DC được xuất khẩu từ Nhật Bản với trọng lượng vòi là 420 tấn và được cung cấp bởi tám máy biến áp 32 MVA để có tổng công suất là 256 MBA.

Phải mất khoảng 400 kilowatt giờ để sản xuất một tấn thép trong lò điện hồ quang, hoặc khoảng 440 kWh mỗi mét. Năng lượng tối thiểu lý thuyết cần thiết để nấu chảy thép phế liệu là 300 kWh (điểm nóng chảy 1520 ° C / 2768 ° F). Do đó, một EAF 300 tấn với công suất 300 MVA sẽ yêu cầu năng lượng khoảng 132 MWh và thời gian bật là khoảng 37 phút.

Sản xuất thép sử dụng hồ quang điện chỉ có hiệu quả kinh tế nếu có đủ điện với mạng lưới phát triển tốt. Ở nhiều nơi, các nhà máy hoạt động trong giờ thấp điểm khi các công ty điện nước dư thừa năng lực sản xuất và giá mỗi mét thấp hơn.

Hoạt động

Lò luyện thép hồ quang đổ thép vào máy múc nhỏ. Kim loại phế liệu được chuyển đến một hốc nằm cạnh lò luyện. Phế liệu có xu hướng có hai loại chính: phế liệu (hàng trắng, ô tô và các mặt hàng khác được làm từ các loại tương tựthép nhẹ) và thép nặng (phiến và dầm lớn), cũng như một số sắt khử trực tiếp (DRI) hoặc gang để cân bằng hóa học. Các lò riêng biệt làm tan chảy gần như 100% DRI.

Bước tiếp theo

Phế liệu được chất vào các thùng lớn, gọi là giỏ, có cửa đóng bằng vỏ sò làm đế. Phải chú ý để phế liệu vào rổ để đảm bảo cho lò hoạt động tốt. Phần nóng chảy mạnh được đặt trên cùng với một lớp mỏng nhẹ của một miếng bảo vệ, trên đó có một phần khác nằm trên đó. Tất cả chúng phải có mặt trong lò sau khi tải. Lúc này, rổ có thể di chuyển vào lò nung sơ bộ phế liệu, sử dụng khí nóng, khí thải của lò luyện để thu hồi năng lượng, nâng cao hiệu quả.

Tràn

Sau đó, tàu được đưa đến xưởng nấu chảy, mái của lò được mở ra và vật liệu được nạp vào đó. Chuyển khoản là một trong những thao tác nguy hiểm nhất đối với người vận hành. Rất nhiều thế năng được giải phóng bởi hàng tấn kim loại rơi xuống. Bất kỳ chất lỏng nào trong lò thường được đẩy lên và ra ngoài bởi các mảnh vụn rắn và dầu mỡ. Bụi trên kim loại bốc cháy nếu lò nóng, khiến quả cầu lửa bùng phát.

Trong một số thiết bị vỏ kép, phế liệu được nạp vào thiết bị thứ hai trong khi vỏ thứ nhất đang nóng chảy và được làm nóng sơ bộ bởi khí thải từ bộ phận hoạt động. Các hoạt động khác là: tải liên tục và làm việc với nhiệt độ trên một băng tải, sau đó sẽ tự bốc kim loại vào lò. Các thiết bị khác có thể khởi độngchất nóng từ các hoạt động khác.

Điện áp

Sau khi sạc, mái nhà dựa trở lại lò và quá trình tan chảy bắt đầu. Các điện cực được hạ xuống kim loại vụn, một hồ quang được tạo ra, và sau đó chúng được đặt để chúng lan truyền trong lớp vụn ở trên cùng của thiết bị. Điện áp thấp được chọn cho hoạt động này để bảo vệ mái và tường khỏi nhiệt độ quá cao và hư hỏng do hồ quang.

Khi các điện cực đạt đến độ nóng chảy nặng ở chân lò và các sóng được che chắn bởi xà beng, điện áp có thể được tăng lên và các điện cực tăng lên một chút, kéo dài và tăng công suất cho quá trình nung chảy. Điều này cho phép bể nóng chảy hình thành nhanh hơn, giảm thời gian khai thác.

Oxy được thổi vào kim loại phế liệu, đốt hoặc cắt thép, và nhiệt hóa chất bổ sung được cung cấp bởi lò đốt tường. Cả hai quá trình đều tăng tốc độ nóng chảy của chất. Các vòi phun siêu âm cho phép các tia oxy xuyên qua lớp xỉ tạo bọt và đến bể chứa chất lỏng.

Oxi hóa tạp chất

Một phần quan trọng của quá trình luyện thép là sự hình thành của xỉ nổi trên bề mặt của thép nóng chảy. Nó thường bao gồm các oxit kim loại và cũng đóng vai trò như một nơi thu thập các tạp chất bị ôxy hóa, như một tấm chăn nhiệt (ngăn chặn sự mất nhiệt quá mức) và cũng giúp giảm sự xói mòn của lớp lót chịu lửa.

Đối với lò có vật liệu chịu lửa cơ bản sản xuất thép cacbon, chất tạo xỉ phổ biến là canxi oxit (CaO ở dạng nungvôi) và magie (MgO ở dạng đôlômit và magnesit.). Những chất này hoặc được chất đầy phế liệu hoặc được thổi vào lò trong quá trình nấu chảy.

Một thành phần quan trọng khác là oxit sắt, được hình thành khi thép được đốt cháy với oxy đưa vào. Sau đó, khi được nung nóng, cacbon (ở dạng than) được đưa vào lớp này, phản ứng với oxit sắt để tạo thành kim loại và cacbon monoxit. Điều này dẫn đến sự tạo bọt của xỉ, dẫn đến hiệu suất nhiệt lớn hơn. Lớp phủ ngăn chặn sự phá hủy mái và các bức tường bên của lò do nhiệt bức xạ.

Đốt cháy tạp chất

Sau khi kim loại vụn được nấu chảy hoàn toàn và đạt được một vũng phẳng, có thể nạp một xô khác vào lò. Sau khi điện tích thứ hai được nấu chảy hoàn toàn, các hoạt động tinh luyện được thực hiện để kiểm tra và hiệu chỉnh thành phần hóa học của thép và làm nóng quá trình nóng chảy lên trên điểm đóng băng của nó để chuẩn bị cho việc khai thác. Thêm nhiều lò rèn xỉ được đưa vào và rất nhiều oxy đi vào bể, đốt cháy các tạp chất như silic, lưu huỳnh, phốt pho, nhôm, mangan và canxi, đồng thời loại bỏ các ôxít của chúng thành xỉ.

Loại bỏ carbon xảy ra sau khi các nguyên tố này cháy hết trước, vì chúng giống với oxy hơn. Các kim loại có ái lực thấp hơn sắt, chẳng hạn như niken và đồng, không thể bị loại bỏ bằng quá trình oxy hóa và chỉ phải được kiểm soát thông qua hóa học. Ví dụ, đây là sự ra đời của gang và gang được khử trực tiếp đã đề cập trước đó.

Xỉ bọttồn tại xuyên suốt và thường xuyên tràn lò để tràn từ cửa vào hố đã định. Đo nhiệt độ và lựa chọn hóa chất được thực hiện bằng cách sử dụng giáo tự động. Oxy và carbon có thể được đo bằng cơ học với các đầu dò đặc biệt được ngâm trong thép.

Lợi ích sản xuất

Sử dụng hệ thống điều khiển lò hồ quang luyện thép, có thể sản xuất thép từ 100% nguyên liệu thô - kim loại vụn. Điều này làm giảm đáng kể năng lượng cần thiết để sản xuất chất này, so với sản xuất sơ cấp từ quặng.

Một lợi ích khác là tính linh hoạt: trong khi các lò cao không thay đổi đáng kể và có thể hoạt động trong nhiều năm, lò này có thể được khởi động và tắt nhanh chóng. Điều này cho phép nhà máy thép thay đổi sản lượng tùy theo nhu cầu.

Lò luyện thép hồ quang điển hình là nguồn thép cho nhà máy mini, có thể sản xuất sản phẩm dạng thanh hoặc dải. Các nhà máy luyện kim loại nhỏ có thể được đặt tương đối gần các thị trường thép và yêu cầu vận chuyển ít hơn so với một nhà máy tích hợp, thường nằm gần bờ để vận chuyển tiếp cận.

Thiết bị lò luyện thép hồ quang

Tiết diện giản đồ là một điện cực được nâng lên và hạ xuống bởi giá đỡ và ổ bánh răng. Mặt trên lót gạch chịu lửa, đáy ốp. Cửa cho phép vào bên trongcác bộ phận của thiết bị. Thân lò dựa trên tay quay để có thể nghiêng để khai thác.