Lichtbogenstahlofen: Gerät, Funktionsprinzip, Leistung, Steuerungssystem

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Ein Stahllichtbogenofen (EAF) ist ein Gerät, das Material durch elektrisches Biegen erhitzt.

Industriegeräte reichen von kleinen Einheiten mit ungefähr einer Tonne Strom (die in Gießereien zur Herstellung von Gusseisenprodukten verwendet werden) bis zu 400 Einheiten pro Tonne, die für das Stahlrecycling verwendet werden. Lichtbogenöfen, EAF, die in Forschungslabors verwendet werden, können eine Kapazität von nur einigen zehn Gramm haben. Die Temperatur von Industriegeräten kann 1800 °C (3272 °F) erreichen, während Laborinstallationen 3000 °C (5432 °F) überschreiten.

Lichtbogenstahlöfen (EAFs) unterscheiden sich von Induktionsöfen dadurch, dass das geladene Material direkt einer elektrischen Biegung ausgesetzt ist und der Strom an den Anschlüssen durch das geladene Material fließt.

Bauwesen

Lichtbogenstahlofen wird für die Stahlproduktion verwendet und besteht aus einem feuerfesten Gefäß. Hauptsächlich in drei Abschnitte unterteilt:

• Schale, die aus Seitenwänden und Bodenstahl bestehtSchalen.
• Palette aus feuerfestem Material.
• Dach. Es kann hitzebeständig ausgekleidet oder wassergekühlt sein. Und es wird auch in Form einer Kugel oder eines Kegelstumpfes (Kegelabschnitt) hergestellt. Das Dach trägt auch ein feuerfestes Delta in seiner Mitte, durch das eine oder mehrere Graphitelektroden eintreten.

Einzelartikel

Der Herd kann halbkugelförmig sein und wird in einem exzentrischen Ofen zum Abstechen des Bodens benötigt. In modernen Werkstätten wird der Lichtbogenofen - EAF 5 - oft über das Erdgeschoss erhöht, damit Pfannen und Schlackentöpfe leicht unter beiden Enden manövriert werden können. Von der Struktur getrennt sind die Elektrodenh alterung und das elektrische System sowie die geneigte Plattform, auf der das Instrument steht.

Einzigartiges Werkzeug

Ein typischer EAF 3-Stahlschmelz-Lichtbogenofen wird von einer Drehstromquelle gespeist und hat daher drei Elektroden. Sie haben einen runden Querschnitt und in der Regel Segmente mit Gewindeanschlüssen, damit bei Verschleiß neue Elemente hinzugefügt werden können.

Der Lichtbogen entsteht zwischen dem aufgeladenen Material und der Elektrode. Die Ladung wird sowohl durch den durchfließenden Strom als auch durch die von der Welle freigesetzte Strahlungsenergie erwärmt. Die Temperatur erreicht etwa 3000 °C (5000 °F), wodurch die unteren Bereiche der Elektroden beim Betrieb des Lichtbogenofens wie Glühlampen glühen.

Elemente werden automatisch durch ein Positionierungssystem angehoben und abgesenkt, das jede elektrische verwenden kannWinde, Hebezeuge oder Hydraulikzylinder. Die Regelung hält einen annähernd konstanten Strom aufrecht. Wie hoch ist der Stromverbrauch eines Lichtbogenofens? Sie wird während des Chargenschmelzens konstant geh alten, obwohl sich der Schrott beim Schmelzen unter den Elektroden bewegen kann. Die Masthülsen, die das Element h alten, können entweder schwere Stromschienen tragen (was wassergekühlte hohle Kupferrohre sein können, die die Klemmen mit Strom versorgen) oder "heiße Hülsen", bei denen die gesamte Spitze die Ladung trägt, was die Effizienz erhöht.

Letzterer Typ kann aus verkupfertem Stahl oder Aluminium bestehen. Große wassergekühlte Kabel verbinden Stromschienen oder H alterungen mit einem Transformator, der sich neben dem Ofen befindet. Ein ähnliches Werkzeug wird im Lager installiert und mit Wasser gekühlt.

Tippen und andere Operationen

Der Stahllichtbogenofen EAF 50 ist auf einer geneigten Plattform aufgebaut, so dass flüssiger Stahl zum Transport in einen anderen Behälter umgefüllt werden kann. Der Kippvorgang zum Überführen von geschmolzenem Stahl wird als Abstich bezeichnet. Anfangs hatten alle Stahlwerksgewölbe des Lichtbogenofens einen mit Schamotte bedeckten Austragsschacht, der beim Kippen ausgewaschen wurde.

Aber moderne Anlagen verfügen oft über ein exzentrisches Bodenablassventil (EBT), um den Eintrag von Stickstoff und Schlacke in den flüssigen Stahl zu reduzieren. Diese Öfen haben eine Öffnung, die vertikal durch den Herd und die Schale verläuft und sich außermittig in einem schmalen eiförmigen "Auslauf" befindet. Es ist gefülltfeuerfester Sand.

Moderne Pflanzen können zwei Schalen mit einem Satz Elektroden haben, die zwischen ihnen hindurchgeführt werden. Der erste Teil erwärmt den Schrott, während der andere zum Schmelzen verwendet wird. Andere DC-Öfen haben ein ähnliches Layout, haben aber Elektroden für jede Hülle und einen Satz Elektronik.

Sauerstoffelemente

AC-Öfen haben normalerweise ein Muster aus heißen und k alten Stellen entlang des Umfangs des Herds, die sich zwischen den Elektroden befinden. Bei modernen werden Oxy-Fuel-Brenner in die Seitenwand eingebaut. Sie werden verwendet, um Minuszonen mit chemischer Energie zu versorgen, wodurch die Erwärmung von Stahl gleichmäßiger wird. Zusätzliche Energie wird bereitgestellt, indem dem Ofen Sauerstoff und Kohlenstoff zugeführt werden. Früher wurde dies mit Speeren (Baustahl-Hohlrohren) in der Schlackentür durchgeführt, heute geschieht dies meistens mit wandmontierten Injektionseinheiten, die Sauerstoffbrenner und Luftversorgungssysteme in einem Behälter vereinen.

Ein moderner mittelgroßer Stahlofen hat einen Transformator mit einer Nennleistung von etwa 60.000.000 Voltampere (60 MVA), einer Sekundärspannung von 400 bis 900 und einem Strom von über 44.000. In einem modernen Geschäft, wie z Ofen wird voraussichtlich 80 Tonnen flüssigen Stahl in etwa 50 Minuten von der K altschrottbeladung bis zum Abstich produzieren.

Im Vergleich dazu können einfache Sauerstofföfen eine Kapazität von 150-300 Tonnen pro Charge haben oder "aufheizen" und 30-40 Minuten lang Wärme erzeugen. Es gibt große Unterschiede in den Details des Ofendesigns und -betriebs,abhängig vom Endprodukt und den örtlichen Bedingungen sowie laufende Forschung zur Verbesserung der Anlageneffizienz.

Der größte reine Schrott (in Bezug auf Abgriffgewicht und Transformatorleistung) ist ein aus Japan exportiertes Gleichstromgerät mit einem Abgriffgewicht von 420 Tonnen, das von acht 32-MVA-Transformatoren mit einer Gesamtleistung von 256 MBA gespeist wird.

Es dauert etwa 400 Kilowattstunden, um eine Tonne Stahl in einem Elektrolichtbogenofen zu produzieren, oder etwa 440 kWh pro Meter. Die theoretische Mindestenergie zum Schmelzen von Stahlschrott beträgt 300 kWh (Schmelzpunkt 1520 °C / 2768 °F). Daher benötigt ein 300-Tonnen-EAF mit einer Leistung von 300 MVA etwa 132 MWh Energie, und die Einsch altzeit beträgt etwa 37 Minuten.

Stahlerzeugung mittels Lichtbogen ist nur dann wirtschaftlich sinnvoll, wenn genügend Strom mit einem gut ausgebauten Netz vorhanden ist. An vielen Orten arbeiten Mühlen außerhalb der Spitzenzeiten, wenn die Versorgungsunternehmen überschüssige Produktionskapazitäten haben und der Preis pro Meter niedriger ist.

Betrieb

Der Lichtbogenofen gießt Stahl in eine kleine Pfannenmaschine. Altmetall wird in eine Nische neben der Schmelze geliefert. Schrott gibt es in der Regel in zwei Hauptarten: Schrott (weiße Ware, Autos und andere Gegenstände aus ähnlichen Materialien).leichter Stahl) und schwere Schmelze (große Brammen und Träger) sowie etwas direkt reduziertes Eisen (DRI) oder Roheisen für das chemische Gleichgewicht. Separate Öfen schmelzen fast 100 % DRI.

Nächster Schritt

Der Schrott wird in große Eimer geladen, Körbe genannt, mit Klapptüren für die Basis. Es muss darauf geachtet werden, dass sich der Schrott im Korb befindet, um einen guten Betrieb des Ofens zu gewährleisten. Darauf wird eine starke Schmelze mit einer leichten Schicht eines Schutzschnitzels gelegt, auf der ein weiterer Teil liegt. Alle müssen nach dem Beladen im Ofen vorhanden sein. Zu diesem Zeitpunkt kann sich der Korb in den Schrottvorwärmer bewegen, der die heißen Abgase des Schmelzofens zur Energierückgewinnung nutzt und so die Effizienz verbessert.

Überlauf

Dann wird das Gefäß in die Schmelzerei gebracht, das Dach des Hochofens geöffnet und das Material hineingeladen. Das Umladen ist eine der gefährlichsten Operationen für Bediener. Durch tonnenweise herabfallendes Metall wird viel potentielle Energie freigesetzt. Alle flüssigen Stoffe im Ofen werden oft durch festen Schrott und Fett nach oben und heraus gedrückt. Staub auf Metall entzündet sich, wenn der Ofen heiß ist, wodurch ein Feuerball ausbricht.

Bei manchen zweischaligen Geräten wird Schrott in den zweiten geladen, während der erste schmilzt, und durch die Abgase des aktiven Teils vorgewärmt. Andere Operationen sind: kontinuierliches Beladen und Arbeiten mit Temperatur auf einem Förderband, das dann das Metall in den Ofen selbst entlädt. Andere Geräte können bootenheiße Substanz aus anderen Vorgängen.

Spannung

Nach dem Beladen lehnt sich das Dach über den Ofen und das Schmelzen beginnt. Die Elektroden werden auf den Metallschrott abgesenkt, ein Lichtbogen erzeugt und dann so eingestellt, dass sie sich in der Krümelschicht an der Oberseite des Geräts ausbreiten. Für diesen Vorgang werden niedrige Spannungen gewählt, um das Dach und die Wände vor übermäßiger Hitze und Lichtbogenschäden zu schützen.

Sobald die Elektroden die schwere Schmelze am Boden des Ofens erreicht haben und die Wellen durch das Brecheisen abgeschirmt sind, kann die Spannung erhöht und die Elektroden leicht angehoben werden, wodurch die Leistung für die Schmelze verlängert und erhöht wird. Dadurch kann sich das Schmelzbad schneller bilden und die Abstichzeit verkürzen.

Sauerstoff wird in Altmetall geblasen, Stahl verbrannt oder geschnitten, und zusätzliche chemische Wärme wird durch Wandbrenner bereitgestellt. Beide Prozesse beschleunigen das Schmelzen der Substanz. Überschalldüsen lassen Sauerstoffstrahlen die aufschäumende Schlacke durchdringen und das Flüssigkeitsbad erreichen.

Oxidation von Verunreinigungen

Ein wichtiger Teil der Stahlerzeugung ist die Bildung von Schlacke, die auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls schwimmt. Es besteht normalerweise aus Metalloxiden und dient auch als Sammelstelle für oxidierte Verunreinigungen, als Wärmedecke (stoppt übermäßigen Wärmeverlust) und hilft auch, die Erosion der feuerfesten Auskleidung zu reduzieren.

Für einen Ofen mit basischen feuerfesten Materialien zur Herstellung von Kohlenstoffstahl sind die üblichen Schlackenbildner Calciumoxid (CaO in Form von kalziniertemKalk) und Magnesium (MgO in Form von Dolomit und Magnesit.). Diese Stoffe werden entweder mit Schrott verladen oder bei der Kernschmelze in den Ofen geblasen.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil ist Eisenoxid, das beim Verbrennen von Stahl mit eingebrachtem Sauerstoff entsteht. Später wird beim Erhitzen Kohlenstoff (in Form von Kohle) in diese Schicht injiziert, der mit Eisenoxid zu Metall und Kohlenmonoxid reagiert. Dies führt zu einem Aufschäumen der Schlacke, was zu einem höheren thermischen Wirkungsgrad führt. Die Beschichtung verhindert Schäden an Dach und Seitenwänden des Backofens durch Strahlungswärme.

Verbrennung von Verunreinigungen

Sobald der Schrott vollständig geschmolzen ist und ein flaches Becken erreicht ist, kann ein weiterer Eimer in den Ofen geladen werden. Nachdem die zweite Charge vollständig geschmolzen ist, werden Veredelungsvorgänge durchgeführt, um die chemische Zusammensetzung des Stahls zu überprüfen und zu korrigieren und die Schmelze zur Vorbereitung des Abstichs über ihren Gefrierpunkt zu überhitzen. Es werden mehr Schlackenbildner eingeführt und viel Sauerstoff tritt in das Bad ein, verbrennt Verunreinigungen wie Silizium, Schwefel, Phosphor, Aluminium, Mangan und Kalzium und entfernt ihre Oxide in Schlacke.

Die Kohlenstoffentfernung erfolgt, nachdem diese Elemente zuerst ausgebrannt sind, da sie dem Sauerstoff ähnlicher sind. Metalle, die eine geringere Affinität als Eisen haben, wie Nickel und Kupfer, können nicht durch Oxidation entfernt werden und müssen nur durch Chemie kontrolliert werden. Dies ist zum Beispiel die bereits erwähnte Einführung von direktreduziertem Eisen und Gusseisen.

Schaumige Schlackebleibt durchgehend bestehen und überläuft oft den Ofen, um von der Tür in die vorgesehene Grube überzulaufen. Temperaturmessung und chemische Auswahl werden mit automatischen Speeren durchgeführt. Sauerstoff und Kohlenstoff können mechanisch mit speziellen Sonden gemessen werden, die in Stahl eingetaucht werden.

Produktionsvorteile

Mit Hilfe eines Steuerungssystems für Lichtbogenöfen zur Stahlschmelze ist es möglich, Stahl aus 100% Rohstoff - Schrott - herzustellen. Dies reduziert den Energiebedarf zur Herstellung des Stoffes im Vergleich zur Primärproduktion aus Erzen erheblich.

Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität: Während Hochöfen kaum variieren und jahrelang laufen können, lässt sich dieser schnell an- und abfahren. Dadurch kann das Stahlwerk die Produktion je nach Bedarf variieren.

Ein typischer Lichtbogenstahlofen ist die Stahlquelle für Mini-Mühlen, die Stangen- oder Bandprodukte herstellen können. Mini-Schmelzhütten können relativ nahe an den Stahlmärkten angesiedelt sein und die Transportanforderungen sind geringer als bei einer integrierten Anlage, die sich normalerweise in Küstennähe befindet, um den Schiffszugang zu ermöglichen.

Stahlbogenofengerät

Der schematische Querschnitt ist eine Elektrode, die durch einen Zahnstangenantrieb angehoben und abgesenkt wird. Die Oberfläche ist mit feuerfesten Steinen und einer Bodenverkleidung ausgekleidet. Die Tür ermöglicht den Zugang zum InnenraumTeile des Geräts. Der Ofenkörper ruht auf Kipphebeln, sodass er zum Zapfen gekippt werden kann.