Lysbueovn
Den elektriske lysbueovnen (elektrisk lysbueovn ) er en industriell ovn som blant annet brukes til å smelte stålskrap for gjenbruk som et nytt stålprodukt. Ekspertkretser snakker ofte om EAF ( English Electric Arc Furnace ).
På den ene siden kan stål produseres av jernmalm via masovnen og omformerveien . Imidlertid er produksjonen av stål i elektriske lysbueovner dyrere enn i masovnsruten. Alle typer stål kan produseres med lysbueovner, men på grunn av de høye kostnadene brukes de hovedsakelig til produksjon av kvalitets- og rustfritt stål. Det er energisk gunstig å smelte stålskrapet i en elektrisk lysbueovn. I 2017 ble det produsert 1688 millioner tonn råstål over hele verden, hvorav 28% med elektriske lysbueovner. Andelen i Europa var 42%, Tyskland 29% (oktober 2016).
Produkter
Den elektriske lysbueovnen brukes til produksjon av konstruksjonsstål, kvalitetsstål og rustfritt stål.
Utformingen som smeltereduksjonsovn (engl.: Submerged Arc Furnace , SAF) er for smelting av legeringskomponenter , ferrolegeringer eller såkalte bilder som brukes. Produktene fra smelteovner brukes hovedsakelig i metallurgi og dermed i metallurgi . Produksjon av kalsiumkarbid , metallurgisk silisium og syntetiske krystaller er mindre vanlig .
funksjon
I prosessen med elektrisk lysbueovn kan kjemisk energi også brukes til å smelte inngangsmaterialet i tillegg til elektrisk energi. En stor del av den totale energien konverteres til termisk energi (opp til 3500 ° C), noe som fører til smelting av inngangsmaterialet; en annen del fører til oppvarming av ovnsforingen. Varmen over buen , som brenner mellom elektroden og ladningen, overføres hovedsakelig til ladningen ved stråling. I AC-lysbueovnen brenner flere buer mellom ladningen (eller smelten) og tuppen av de tre elektrodene. Ved likestrømbue overføres lysbuen fra fire bunnelektroder (+) gjennom belastningen til en elektrode (-).
I tillegg til skrapstål kan også svampjern eller råjern bearbeides i den elektriske stålprosessen . I tillegg til flytende råstål, dannes et lag med slagg på smelten fra ikke-metalliske inngangsmaterialer (brent kalk / magnesiumoksid) og oksider av legeringsmaterialene . Dette har til oppgave å binde uønskede komponenter og beskytte stålbadet mot ytterligere oksidasjon og varmetap, samt å beskytte ovnen mot overoppheting. Rett før tappingen tappes slaggen fra ovnen i en slaggbøtte og transporteres deretter bort med et spesielt kjøretøy og tømmes ved slaggbedet. Det flytende stålet helles i en stålsleiv som står på en fjernstyrt øsevogn og transporterer stålet til øseovnene for videre bearbeiding .
Det pleide å være vanlig praksis å tømme smelten i en øse etter at de ønskede mengder legeringskomponenter hadde blitt ført inn i stålbadet og deretter støpe den i støpeverket. I dag, i de fleste tilfeller, brukes den elektriske ovnen som en ren smelteenhet for å generere en basissmelting med lavt karbon- , svovel- og fosforinnhold . Den endelige analysen gjøres først etter å ha tappet i øseovnen. Dette resulterer i en høyere analysenøyaktighet og også en betydelig energibesparelse. Til tross for de høye energikostnadene for elektrisitet så vel som for naturgass og oksygen (for tilleggsbrennere i fartøyet), er denne prosessen veldig fleksibel med hensyn til mengden ståltyper som skal produseres og de forskjellige stålkvaliteter.
Smeltetiden, som i det vesentlige avhenger av den elektriske effekten til ovntransformatoren og typen og kvaliteten på materialet som brukes, er avgjørende for produksjonen . Typiske syklustider (tiden mellom to trykk , trykk-for-å-trykke-tid) er mellom 45 og 90 minutter. Den rene smeltetiden ved bruk av en lysbue (innkoblingstid) er rundt 30 til 70 minutter. Forskjellen mellom de to gangene inneholder summen av avstengningstidene der lysbuen slås av. Dette inkluderer z. B. lading, prøvetaking eller vedlikeholdsarbeid. For å oppnå disse tidene mens ovnskapasiteten og inngangsmaterialet spesifiseres, må ovntransformatoren dimensjoneres på en slik måte at en spesifikk elektrisk effekt i området fra 0,5 til 1,4 MVA / t oppnås.
Ovnstransformatoren rett ved siden av ovnen er en spesiell krafttransformator , vanligvis oljekjølt og plassert i sitt eget foringsrør for beskyttelse. Systemene som drives med trefaset vekselstrøm oppnår utganger på noen få 10 MVA til over 100 MVA og har trinnbrytere for strømtransformatorer for å stille underspenningen som blir matet til ovnen via elektrodetilkoblingene. Forsyningen foregår vanligvis i to trinn: En strømtransformator som transformerer fra høyspenningsnettet som 110 kV-nivået til en mellomspenning på rundt 30 kV og er vanligvis plassert med det elektriske høyspenningsbryteren utenfor produksjonshallen. Ovnstransformatoren plassert rett ved siden av ovnen transformerer mellomspenningen til spenninger på noen få 100 V opp til noen få kV, som mates direkte til elektrodene i AC-spenningsovner. Strømmen på elektrodesiden er noen få 10 kA under drift, og i store ovner også over 100 kA, og derfor må koblingsskinnene til elektrodene holdes så korte som mulig og er utformet som bølgeledere. Vann sirkulerer inne i bølgelederen for kjøling. Forbindelsen mellom transformatoren og elektrodene er ofte laget ved hjelp av en Knapsack-krets .
Design
Den elektriske lysbueovnen kan utformes som en likestrømsovn (bestående av en smelteelektrode og en bunnelektrode) eller som en vekselstrømsovn (bestående av tre smelteelektroder). Buelengden reguleres ved hjelp av en elektroderegulator . Det stilles høye krav til strømforsyningen til ovnene, som skyldes ujevn forbrenning av buen; det er en risiko for uønskede nettverksforstyrrelser .
Selve ovnfartøyet består av tre deler (bunnkar, øvre kar, lokk) og kan vippes hydraulisk. Stålkonstruksjonene er vanligvis vannkjølte på utsiden og foret med ildfast materiale på innsiden . Kapasiteten (ovnskapasitet) er gitt i tonn og refererer vanligvis til mengden flytende stål, dvs. H. trykkvekten. Utvalget av størrelser strekker seg fra rundt 1 tonn (mindre støperier ) til 300 tonn (stort stålverk ).
Den nederste kar , som har til å holde hele mengden av flytende stål, er foret med murstein formet ildfast materiale på innsiden. Den inneholder også tappåpningen som flytende stål helles gjennom. Denne åpningen er utformet enten som en langstrakt "snute" med en dreneringskanal eller som en eksentrisk bunnåpning. Sistnevnte har fordelen at ovnen ikke trenger å vippes så mye under tapping. Eksentrisk tapping forhindrer også at slaggen som er igjen i ovnen renner inn i sleiven, noe som er spesielt ønskelig for videre behandling av smelten i sleiven. I moderne prosesser forblir en rest av flytende stål i ovnen (varm hæl) etter tapping, slik at bedre lysbueantennelsesforhold råder i den påfølgende prosessen, og bunnkaret er bedre beskyttet mot lysbuen. I nyere versjoner er det også installert dyser som injiserer oksygen som en reaksjonsgass eller skyllende gasser som argon eller nitrogen under høyt trykk via en porøs gulvstein ( Tuyeres ).
I tillegg til bunnbeholderen , må det øvre fartøyet holde den faste ladningen . Den er også foret på innsiden eller forsynt med vannkjølte kobbervarmeavledere, hvis overflate er forseglet med ildfast kanonblanding og også ved sprøyting av prosess slagg. Hjelpebrennere (naturgass / oksygen) er vanligvis installert i øvre kar . Overfor kranhullet er slaggdøren i øvre kar. I eldre prosesser ble slaggen hellet i en egen slaggbøtte via tappedysen. I mellomtiden dreneres den resulterende prosessslaggen gjennom denne slaggdøren ved å vippe ovnen i motsatt retning i et separat nivå eller trau, hvorfra den fjernes og transporteres bort. Den låsbare døren tjener også andre formål, f.eks. B. prøvetaking av flytende stål, temperaturmåling, manuell tilsetning av tilsetningsstoffer, visuell inspeksjon og tilleggs prosessbehandling ved hjelp av eksterne svingbare oksygenlanser , som ofte kombineres med karbonlanser.
Det hengslede lokket er også foret med ildfast materiale på innsiden. Når lokket svinges opp, blir skrot, svampjern, flytende grisejern og tilsetningsstoffer (f.eks. Legeringsmidler som krom, etc.) ladet inn i ovnen. Kurver med bunnklaff brukes til skrap og andre faste tilsetningsstoffer. Flytende råjern fylles med vippbare ildfaste panner. Når lokket er lukket, flyttes grafittelektrodene inn i ovnsbeholderen gjennom åpninger. I noen design, finere stykke varer, for eksempel. B. svampjern, kan spores kontinuerlig via en ekstra dekselåpning og et transportbåndsystem.
I moderne prosesser suppleres den elektriske energien med kjemisk energi (oksygen, også i forbindelse med karbon eller naturgass), avhengig av energitilgjengelighet og kostnader. En spesiell design er CONARC-ovnen (CON = Converter, ARC = Arcing) fra SMS Siemag AG , hvor begge energiene brukes effektivt. Ovnen består av to fartøyer, og kombinerer fordelene ved den elektriske lysbueovn, og den klassiske omformeren blåseprosess. Mens ladningen i en beholder behandles elektrisk ved hjelp av svingbare grafittelektroder, kan ladningen i den andre beholderen avkulles ved hjelp av en topplanse som også kan svinges ved hjelp av oksygeninjeksjon.
Utslipp
Lysbueovneprosessen avgir gasser og støvholdige stoffer. Effektive ekstraksjonssystemer og filtre er derfor påkrevd. I tillegg kommer lydutslipp og elektromagnetisk stråling ( lysbue og radiobølger fra lysbueantennelsesprosessene). På grunn av de høye elektriske elektrodestrømmene oppstår også sterke vekslende magnetfelt . Sammenlignet med råstålproduksjon sparer lysbueveien ca. 55% energi.
Se også
litteratur
- Manfred Jellinghausen: Stålproduksjon i en elektrisk lysbueovn . Verlag Stahleisen, Düsseldorf, ISBN 3-514-00502-8 .
Individuelle bevis
- ↑ World Steel Association: World Steel in Figures 2017
- ^ European Steel Association (EUROFER): European Steel in Figures. 2016-utgaven, som dekker 2011-2015.
- ↑ Stahl-online.de: Rå stålproduksjon i november 2016. Medieinformasjon fra 13. desember 2016.
- ^ Tamini AC eller DC Furnace Transformers , åpnet 6. mars 2019
- ↑ Siemens-brosjyre om industrielle transformatorer , tilgjengelig 10. mai 2019
- ^ Tamini Group: Electric Arc Furnace Transformers (PDF, engelsk) ( Memento fra 20. mars 2013 i Internet Archive ).
