Електрична дугова піч: все, що потрібно знати

Електродугові печі відіграють важливу роль у промисловому виробництві сталі. Понад 95% електросталі виробляється в електродугових печах. Почнемо У цьому блозі ви дізнаєтеся про те, як працює електродугова піч, її компоненти та переваги, важливі матеріали, що використовуються в електродугових печах, а також про те, як електродугові печі порівнюються з іншими типами печей.

Що? Що таке електродугова піч (ЕДП)?

Електродугова піч (ЕДП) - це піч, яка плавить метал в електричній дузі з високою температурою, особливо для виплавки сталі. Група електродів EAF генерує електричну дугу, яка виробляє тепло і плавить метал шихти. Порівняно з вугільними доменними печами, цілорічні електродугові печі є більш гнучкими та екологічно чистими. Виробництво сталі в електродугових печах є ресурсоефективним; воно мінімізує відходи порівняно з іншими джерелами сталі, а також використання вторинної сировини Початковий відгук.

Сталевий брухт, що підлягає вторинній переробці, переробляється в електросталеплавильних печах на міні-заводах. Така гнучкість у використанні вхідної сировини позиціонує електросталеплавильні печі як ідеальне рішення для екологічно чистого та економічного виробництва сталі. Штрипсове розливання може забезпечити широкий діапазон складів і високу якість сталі, що робить його придатним для виробництва спеціальних сталей і сплавів.

Як працює електрична дугова піч?

• Зарядка

Перша частина процесу у вашій електродуговій печі - це завантаження шихти, або подача сировини в піч. Як основну сировину використовують сталевий брухт, чавун та іноді залізо прямого відновлення (DRI). Ці матеріали подаються в піч за допомогою системи завантаження. Останні досягнення в системах завантаження досягають високого рівня автоматизації, що дозволяє додавати матеріали з хімічним складом, який є одночасно точним і ефективним. Завантаження можна здійснювати партіями, використовуючи великі контейнери, так звані "кошики", які завантажуються брухтом, а потім вставляються в піч одночасно - або безперервно за допомогою конвеєрів.

• Танення

Після завантаження печі наступним етапом буде плавлення. У цьому процесі електроди (замість матеріалу на основі графіту) поміщають у піч і пропускають через них високу напругу. Це створює електричну дугу, яка перегріває метал до точки, де він плавиться. Температура в самій електродуговій печі може сягати 3500°C - більш ніж достатньо для плавлення металобрухту та іншої сировини. Електропіч використовує дугу, тепло, що виділяється між електродами і шихтою; шлакову систему, що захищає хімічний склад розплавленої ванни за допомогою твердого шару в якості покриття, що забезпечує найвищу продуктивність плавлення.

• Переробка

Наступним етапом є рафінування металу після того, як він розплавиться. Рафінування - це процес очищення металу в розплавленому стані. Під час рафінування в піч зазвичай вдувають кисень через фурму, щоб окислити і видалити домішки, такі як вуглець, фосфор або сірка. Саме щільні домішки змішуються з іншими флюсовими матеріалами, такими як вапно і плавиковий шпат, утворюючи шлак, який затримує втілені домішки з металу. Зазвичай цей процес контролюється різними сучасними датчиками і системами управління, що є необхідною умовою для отримання сталі з високою якістю та унікальними властивостями.

• Постукування

Процес розливання є останнім етапом роботи електропечі. На третьому етапі розплавлена сталь (яка міститься в печі) переливається в ковші - посудини, що використовуються для транспортування рідкої сталі по вашому металургійному заводу для обробки, наприклад, розливання і подальшого формування. Відведення також є дуже тонким процесом і вимагає контролю, оскільки нам потрібно відвести певну кількість розплавленої сталі і зменшити потрапляння шлаку. За допомогою цих кнопок здійснюється ретельний контроль температури відводу, щоб забезпечити відповідний рівень температури розплавленої сталі для подальшої обробки.

Потужність і типи електродугових печей

Електродугова піч непрямого нагрівання

Електродугова піч змінного струму (ЕДП) використовує змінний струм (змінний струм), що протікає через графітові електроди для створення електричної дуги, яка використовується для плавлення. Електродугові печі змінного струму є найпопулярнішим типом печей для виплавки сталі і, завдяки своїй гнучкості, можуть використовуватися в різних сферах застосування. Ці печі мають досить просту конструкцію і можуть плавити майже будь-який тип металобрухту. Печі змінного струму - дуже універсальний тип електричних печей, які можна швидко вмикати і вимикати, що ідеально підходить для малих і середніх сталеплавильних підприємств.

Електродугова піч прямого нагріву (DC EAF)

Електрична дуга утворюється за допомогою постійного струму (DC) в електродуговій печі постійного струму (DC EAF). Електродугова піч постійного струму потребує менше електродів, ніж електродугова піч змінного струму, що, в свою чергу, економить витрати. Зазвичай у печі постійного струму є лише один графітовий електрод, який довше залишається на місці і забезпечує стабільність дуги. Крім того, печі постійного струму працюють тихіше і мають потенціал для більшої енергоефективності. Але, хоча вони, як правило, складніші конструктивно, початкові витрати на встановлення можуть бути вищими.

Занурювальна електрична дугова піч

Дугова піч під флюсом (ДСП) - це особливий тип печей, який використовується переважно для виробництва феросплавів та інших металів. Електроди частково занурюються в шихтові матеріали для створення відновлювальної атмосфери, необхідної для деяких металургійних реакцій, наприклад, в ДСП. SAF використовуються не для виплавки сталі, як у випадку зі стандартними електродуговими установками, а для переробки руд, таких як марганець або хром, з метою отримання компонентів сплавів. Спеціалізовані занурені електродугові печі можуть бути спроектовані для досягнення високих температур плавлення, що полегшує пошук відповідних профілів для сплавів з потрібними властивостями.

Основні компоненти електричної дугової печі

Корпус і дах

Корпус печі зазвичай зварений зі сталевих листів і має певну міцність і жорсткість. Конструкція зазвичай виготовляється з надміцної сталі, щоб витримувати високі температури, які проходять через піч. Дах є знімним і використовується для завантаження сировини в піч. Крім того, в даху знаходяться електродні отвори, через які електроди проникають в піч.

Футерування печі

Вогнетривкий матеріал Футеровка печі містить вогнетривкі матеріали, які мають високу термостійкість. Воно захищає корпус печі, запобігаючи його пошкодженню розплавленим металом. Крім того, вогнетривке футерування допомагає ізолювати піч, що сприяє подальшому збереженню тепла і підвищенню енергоефективності. З часом футерівку потрібно буде замінити, щоб вона працювала якнайкраще.

Система зарядки

Система завантаження подає сировину, наприклад, сталевий брухт, безпосередньо в піч. У цій системі зазвичай використовуються крани і ковші, які називаються "завантажувальними кошиками", для швидкого і безпечного завантаження брухту в піч. Більш сучасні системи завантаження можуть являти собою конвеєрні стрічки або інші автоматизовані системи, які забезпечують безперервне завантаження, що підвищує продуктивність і ефективність.

Електричний трансформатор для дугових печей

Трансформатор електродугової печі перетворює і транспортує необхідну потужність до електродів. Він також перетворює електроенергію високої напруги з електромережі в більш низьку напругу, придатну для електричної дуги. Регулювання струму, що забезпечується трансформатором, є важливим для забезпечення стабільного стану дуги та контролю плавлення. Трансформатор хорошої конструкції гарантує, що енергія, яка використовується, зберігається в безпечному середовищі.

Система охолодження

Оскільки температура в електродуговій печі надзвичайно висока, для запобігання плавлення необхідна система охолодження. Як правило, охолодження відбувається за допомогою панелей з водяним охолодженням. Вони поглинають надлишкове тепло і підтримують температуру печі на безпечному рівні. Ефективне охолодження подовжує термін служби апарату і запобігає перегріванню електродів, склепіння і бічних панелей.

Система пиловидалення електричної дугової печі

Під час роботи електродугової печі утворюється побічний продукт - пил. Цей пил містить шкідливі матеріали, такі як оксиди металів та інші матеріали. Частина цього пилу вловлюється системою пиловловлювання, де шкідливі компоненти відокремлюються і знищуються або переробляються на цінні метали. Тому ефективне управління пилом є ключовим для дотримання екологічного законодавства та підтримання безпечного робочого середовища.

Переваги використання електродугових печей

Ефективність переробки

Це робить електропечі EAF надзвичайно важливими в циркулярній економіці, оскільки вони можуть ефективно переробляти металобрухт. Утилізація металобрухту зменшує потребу у видобутку та збагаченні первинної руди, а отже, зберігає природні ресурси та енергію.

Гнучкість

Електродугові печі легко запускати і зупиняти, що ідеально підходить для дрібносерійного виробництва сталі. Це справжня перевага порівняно з доменними печами, які повинні працювати безперервно.

Зниження викидів вуглецю

Насправді, електродугові печі мають набагато нижчий рівень викидів вуглецю порівняно з доменними печами. Вони допомагають знизити викиди парникових газів, особливо коли працюють на відновлюваних джерелах енергії, оскільки покладаються на електроенергію, а не на кокс.

Основні матеріали, що використовуються в EAF

Сталевий брухт

Електродугові печі - це тип сталеплавильних печей, які використовують сталевий брухт як основну сировину. Він надходить з різних місць, включаючи непотрібні автомобілі, зруйновані будинки та заводські відходи. Переробка металобрухту - це екологічно чистий спосіб використання природних ресурсів Землі, який допомагає зменшити кількість відходів.

Електроди для дугових печей

Електрична дуга, яка плавить металобрухт, створюється шляхом пропускання електрики через ці графітові електроди. Хоча через процес плавлення ці електроди повинні витримувати високі температури в електродуговій печі і поступово згорають. Електроди потребують регулярної заміни, що додає ще одну складову витрат на безперервне використання електродугової печі.

Шлак електродугових печей

Шлак - це результат домішок у сировині. Це залишок, який накопичується на поверхні розплавленого металу і видаляється під час процесу переробки. Ми також бачили, що шлак використовується в інших галузях, таких як будівництво, разом з цементом і дорожньо-будівельними матеріалами.

Carbon Raiser

Підйомник вуглецю додається для підвищення вмісту вуглецю в рідкій сталі до бажаного рівня Оскільки кількість вуглецю в сталі варіюється від 0 до 2,1 %, дуже важливо, щоб цей етап виконувався ретельно, оскільки в результаті отримують різні марки сталі, які мають різну твердість і межу міцності.

Вогнетривка футеровка

Вогнетривке футерування - це основний матеріал, який використовується для захисту печі і забезпечує утримання тепла в печі. Щоб зберегти піч цілою, футеровка повинна витримувати підвищені температури, хімічні реакції та механічний знос.

Поширені сфери застосування електричної дугової печі

Виплавка сталі

EAF в основному використовується для виробництво сталі. Піч має широкі можливості виплавки від вуглецевої до спеціальної легованої сталі. Завдяки такому точному контролю над складом електропечі можуть виробляти як марочну, так і спеціальну сталь. Крім того, в електродугових печах можна виплавляти залізну руду, причому залізна руда поступово розплавляється в печі, а потім метал відокремлюється.

Виробництво сплавів

Електродугові печі також працюють для створення сплавів шляхом змішування різних металів. Електродугові печі можна використовувати для виробництва таких сплавів, як нержавіюча сталь (хром і нікель). Ось чому можна легко виготовляти матеріали для різних галузей промисловості, таких як будівництво, автомобілебудування та аерокосмічна промисловість.

Ціни на електричні дугові печі

Ціна електродугової печі варіюється залежно від потужності, корисних функцій і технології. Міні-заводи зазвичай використовують невеликі електродугові печі вартістю від кількох мільйонів до десятків мільйонів доларів, тоді як більші повністю автоматизовані системи можуть коштувати понад $100 мільйонів. Враховуються й інші витрати, такі як споживання електродів, електроенергії, витрати на технічне обслуговування та використання сировини.

Порівняння електродугової печі з іншими електричними печами

Електродугова піч проти доменної печі

Джерело енергії

Порівняно з доменними печами, електросталеплавильні печі працюють більш гнучко, використовуючи електроенергію як основне джерело енергії, що також робить можливим включення ВЕР. З іншого боку, доменні печі використовують кокс, тип вугілля, який є більш вуглецевоємним. При високих температурах вуглець реагує з киснем у залізній руді, утворюючи залізо.

Сировина

На відміну від доменних печей, які використовують залізну руду і кокс як сировину, основною сировиною для виробництва сталі в електросталеплавильному цеху є металобрухт. Завдяки вторинній переробці металобрухту вплив ДСП на навколишнє середовище є меншим.

Індукційна піч проти електродугової печі

Індукційна піч працює за принципом електромагнітної індукції, а електродугова піч використовує електричну дугу між електродами. Індукційна піч використовується для менших кількостей металу і може досягати точної температури, тоді як електродугова піч використовується для великомасштабного виробництва сталі.

Обслуговування електродугової печі

Для безпечної та ефективної роботи електродугова піч потребує регулярного технічного обслуговування. Піч накладки потрібно регулярно перевіряти, оскільки з часом вони повільно руйнуються через постійний контакт з розплавленим металом. Електроди також потребують перевірки, оскільки вони з часом руйнуються під час роботи. Перегрів може призвести до пошкодження або виходу з ладу, тому слід стежити за системою охолодження, щоб цього не сталося. Хоча такий режим технічного обслуговування забезпечує додатковий термін служби до капітального ремонту і запобігає раптовим поломкам, фактичні плани та їх реалізація завжди залишаються невизначеними.

Сучасні тенденції в електродугових технологіях

Конструкція електричної дугової печі

Останні конструкції електродугових печей відрізняються більшою довговічністю, вищою продуктивністю та меншою енергоємністю. Для подовження терміну служби вогнетривкої футерівки та підвищення ефективності використовуються сучасні матеріали.

Ефективність електродугової печі

Ефективність є критично важливим фактором у сучасній технології електродугового виробництва. Це включає в себе кращий контроль електродів, підвищену стабільність дуги і складні системи моніторингу, що забезпечують аналіз під час роботи для оптимізації споживання енергії та втрат.

Споживання електроенергії

Зниження споживання електроенергії є важливим кроком до підвищення економічності електропечей. Сучасні електропечі оснащені трансформаторами та системами регулювання потужності для отримання більш енергоефективних процесів, що дозволяє мінімізувати загальні витрати.

Енергоспоживання

Сьогодні для економії енергії застосовуються нові методи, такі як відведення тепла від гарячого брухту до того, як він потрапляє в піч. Попереднє нагрівання також економить час і енергію, таким чином забезпечуючи більш сталий виробничий процес за рахунок досягнення швидшого плавлення за менший час.

Безпека та вибухозахищеність

Сучасні ЕЗК також оснащені додатковими функціями безпеки, такими як системи моніторингу газу та вибухозахищені конструкції. Оскільки безпеці надається найвищий пріоритет, нові стандарти також впроваджуються для мінімізації ризику нещасних випадків під час експлуатації.

Електрична дугова піч для передових ракетних технологій

Електродугові печі для передової ракетної техніки досліджуються з використанням інструментів від технологій EAF до космосу. Наприклад, використання електричної дуги для двигунів або обробки матеріалів, а також інших виробничих процесів в умовах невагомості.

ПИТАННЯ І ВІДПОВІДІ:

Скільки електроенергії споживає електродугова піч?

Електродугові печі споживають багато електроенергії, зазвичай близько 500 кіловат-годин (кВт/год) електроенергії для виплавки однієї тонни сталі. Однак це споживання варіюється залежно від металу шихти, потужності печі та технології виробництва.

Чи є пил електродугової печі небезпечним відходом?

Так, пил від електросталеплавильних печей містить оксиди важких металів, таких як свинець, цинк і натрій, які можуть забруднювати навколишнє середовище. Однак, щоб зменшити забруднення, металургійні заводи використовують технологію переробки пилу для повторного використання.

Висновок

Сьогодні електродугова піч - це гнучка робоча конячка сучасного сталеплавильного виробництва. Цей метод створює електричну дугу, яка ефективно плавить і рафінує сталевий брухт, що робить його ідеальним для переробки та сталого виробництва сталі. Це можуть бути різні типи електродугових печей, електродугові печі змінного струму, печі постійного струму, заглибні електродугові печі тощо, залежно від конкретного застосування. Для оптимізації використання використовуються такі компоненти конструкції печі, як корпус печі, вогнетривка футерівка, система завантаження та система охолодження. Низький вуглецевий слід, можливість ефективної та гнучкої переробки багатьох матеріалів - це лише деякі з численних переваг, які надають електричні печі EAF. З розвитком сучасних технологій та інновацій електропечі продовжують удосконалюватися з точки зору ефективності, безпеки та сталого розвитку, що робить їх невід'ємною частиною сталеливарної промисловості в усьому світі.