Պողպատե աղեղային վառարան՝ սարք, աշխատանքի սկզբունք, հզորություն, կառավարման համակարգ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Պողպատե աղեղային վառարանը (EAF) սարք է, որը նյութը տաքացնում է էլեկտրական ճկման միջոցով:

Արդյունաբերական սարքերի չափսերը տատանվում են փոքր միավորներից, մոտավորապես մեկ տոննա հզորությամբ (օգտագործվում են ձուլարաններում՝ չուգունից պատրաստված արտադրանքներ պատրաստելու համար) մինչև 400 միավոր/տոննա, որն օգտագործվում է պողպատի վերամշակման համար: Հետազոտական լաբորատորիաներում օգտագործվող աղեղային պողպատե վառարանները, EAF, կարող են ունենալ ընդամենը մի քանի տասնյակ գրամ հզորություն: Արդյունաբերական սարքերի ջերմաստիճանը կարող է հասնել 1800 °C (3272 °F), մինչդեռ լաբորատոր կայանքները գերազանցում են 3000 °C (5432 °F):

Պողպատե աղեղային վառարանները (EAFs) տարբերվում են ինդուկցիոն վառարաններից նրանով, որ բեռնվող նյութն ուղղակիորեն ենթարկվում է էլեկտրական ճկման, և տերմինալների հոսանքն անցնում է լիցքավորված նյութի միջով:

Շինարարություն

Պողպատե աղեղային վառարանը օգտագործվում է պողպատի արտադրության համար և կազմված է հրակայուն անոթից: Հիմնականում բաժանված է երեք բաժնի՝

• Shell, որը բաղկացած է կողային պատերից և ստորին պողպատիցթասեր.
• Պալետ, որը պատրաստված է հրակայուն նյութից։
• Տանիք. Այն կարող է լինել ջերմակայուն աստառով կամ ջրով սառեցված: Եվ այն պատրաստվում է նաև գնդակի կամ կտրված կոնի տեսքով (կոնաձև հատված)։ Տանիքը նաև կրում է հրակայուն դելտա իր կենտրոնում, որի միջով մտնում է մեկ կամ մի քանի գրաֆիտի էլեկտրոդներ:

Անհատական իրեր

Օջախը կարող է ունենալ կիսագնդաձև ձև և անհրաժեշտ է էքսցենտրիկ վառարանում՝ հատակը թակելու համար: Ժամանակակից արտադրամասերում աղեղային պողպատե վառարանը՝ EAF 5, հաճախ բարձրացվում է առաջին հարկից, որպեսզի շերեփներն ու խարամի կաթսաները հեշտությամբ մանևրվեն երկու ծայրերի տակ: Կառուցվածքից առանձնացված է էլեկտրոդի հենարանը և էլեկտրական համակարգը, ինչպես նաև թեք հարթակը, որի վրա կանգնած է գործիքը։

Յուրահատուկ գործիք

Տիպիկ EAF 3 պողպատաձուլական աղեղային վառարանը սնուցվում է եռաֆազ աղբյուրից և հետևաբար ունի երեք էլեկտրոդ: Նրանք ունեն կլոր հատված և, որպես կանոն, թելերով միացումներով հատվածներ, որպեսզի մաշվելիս հնարավոր լինի ավելացնել նոր տարրեր։

Կարգը ձևավորվում է լիցքավորված նյութի և էլեկտրոդի միջև: Լիցքը տաքացվում է ինչպես դրա միջով անցնող հոսանքի, այնպես էլ ալիքի արձակած ճառագայթային էներգիայի միջոցով։ Ջերմաստիճանը հասնում է մոտ 3000 °C (5000 °F), ինչը հանգեցնում է նրան, որ էլեկտրոդների ստորին հատվածները փայլում են շիկացած լամպերի պես, երբ աղեղային վառարանը աշխատում է։

Տարրերը ավտոմատ կերպով բարձրացվում և իջեցվում են դիրքավորման համակարգի միջոցով, որը կարող է օգտագործել ցանկացած էլեկտրականճախարակ, ամբարձիչներ կամ հիդրավլիկ բալոններ: Կարգավորումը պահպանում է մոտավորապես հաստատուն հոսանք: Որքա՞ն է աղեղային վառարանի էներգիայի սպառումը: Այն անփոփոխ է պահվում լիցքի հալման ժամանակ, չնայած որ ջարդոնը հալվելիս կարող է շարժվել էլեկտրոդների տակ: Տարրը պահող կայմի թևերը կարող են կրել ծանր շղթաներ (որոնք կարող են լինել ջրով սառեցված սնամեջ պղնձե խողովակներ, որոնք հոսանք են մատակարարում սեղմակներին) կամ «տաք թևեր», որտեղ ամբողջ վերևը կրում է լիցքը՝ բարձրացնելով արդյունավետությունը::

Վերջին տեսակը կարող է պատրաստվել պղնձապատ պողպատից կամ ալյումինից: Ջրով հովացվող մեծ մալուխները միացնում են ավտոբուսները կամ փակագծերը վառարանի կողքին գտնվող տրանսֆորմատորին: Նմանատիպ գործիք տեղադրվում է պահեստում և սառչում ջրով։

Հպում և այլ գործողություններ

EAF 50 պողպատե աղեղային վառարանը կառուցված է թեք հարթակի վրա, որպեսզի տեղափոխման համար հեղուկ պողպատը լցվի մեկ այլ տարայի մեջ: Հալած պողպատը տեղափոխելու համար թեքման գործողությունը կոչվում է կտկտոց: Սկզբում աղեղային վառարանի բոլոր պողպատամշակման պահարանները ունեին արտանետման խողովակ, որը ծածկված էր հրակայուն նյութով, որը լվանում էր, երբ այն թեքվում էր:

Բայց հաճախ ժամանակակից սարքավորումն ունի էքսցենտրիկ ներքևի ելքի փական (EBT)՝ նվազեցնելու ազոտի և խարամի ներթափանցումը հեղուկ պողպատի մեջ: Այս վառարաններն ունեն բացվածք, որը ուղղահայաց անցնում է օջախի և կեղևի միջով և գտնվում է կենտրոնից դուրս՝ նեղ ձվաձև «ջղանցքում»: Այն լցված էհրակայուն ավազ.

Ժամանակակից բույսերը կարող են ունենալ երկու պատյաններ՝ մեկ էլեկտրոդներով, որոնք անցնում են նրանց միջև: Առաջին մասը տաքացնում է ջարդոնը, իսկ մյուսն օգտագործվում է հալման համար։ Մյուս DC վառարանները ունեն նմանատիպ դասավորություն, բայց ունեն էլեկտրոդներ յուրաքանչյուր պատյանի և մեկ էլեկտրոնիկայի համար:

Թթվածնի տարրեր

AC վառարանները սովորաբար ունենում են էլեկտրոդների միջև գտնվող օջախի պարագծի երկայնքով տաք և սառը բծերի օրինակ: Ժամանակակիցներում կողային պատի մեջ տեղադրվում են թթվածնի վառելիքի այրիչներ։ Դրանք օգտագործվում են մինուս գոտիներին քիմիական էներգիա մատակարարելու համար, ինչը պողպատի ջեռուցումն ավելի միատեսակ է դարձնում։ Լրացուցիչ հզորությունը ապահովվում է վառարանին թթվածնի և ածխածնի մատակարարման միջոցով: Պատմականորեն դա արվում էր նիզակներով (մեղմ պողպատե խոռոչ խողովակներ) խարամի դռան մեջ, այժմ այն հիմնականում արվում է պատի վրա տեղադրված ներարկման միավորներով, որոնք միավորում են թթվային վառելիքի այրիչները և օդի մատակարարման համակարգերը մեկ նավի մեջ::

Ժամանակակից միջին չափի պողպատե վառարանն ունի տրանսֆորմատոր՝ մոտ 60,000,000 վոլտ-ամպեր (60 ՄՎԱ), 400-ից 900 երկրորդային լարմամբ և 44,000-ից ավելի հոսանքով: Ժամանակակից խանութում նման Ակնկալվում է, որ վառարանը կարտադրի 80 մետրիկ տոննա հեղուկ պողպատ մոտ 50 րոպեում՝ սառը ջարդոնի բեռնումից մինչև կտկտոցը:

Համեմատության համար հիմնական թթվածնային վառարանները կարող են ունենալ 150-300 տոննա հզորություն մեկ խմբաքանակում կամ «տաքանալ» և ջերմություն առաջացնել 30-40 րոպե: Վառարանների նախագծման և շահագործման մանրամասների մեջ հսկայական տարբերություններ կան,կախված վերջնական արտադրանքից և տեղական պայմաններից, ինչպես նաև գործարանի արդյունավետությունը բարելավելու շարունակական հետազոտություններից:

Ամենամեծ ջարդոնը (ըստ ծորակի քաշի և տրանսֆորմատորի վարկանիշի) Ճապոնիայից արտահանվող DC սարքն է՝ 420 մետրային տոննա քաշով և սնվում է ութ 32 ՄՎԱ տրանսֆորմատորներով՝ 256 ՄԲԱ ընդհանուր հզորությամբ:

Էլեկտրական աղեղային վառարանում մեկ տոննա պողպատ արտադրելու համար պահանջվում է մոտավորապես 400 կՎտ/ժամ կամ մոտավորապես 440 կՎտ/ժ մեկ մետրի համար: Պողպատի ջարդոնի հալման համար պահանջվող տեսական նվազագույն էներգիան 300 կՎտժ է (հալման կետը 1520 °C / 2768 °F): Հետևաբար, 300 ՄՎԱ հզորությամբ 300 տոննա EAF-ը կպահանջի մոտ 132 ՄՎտժ էներգիա, իսկ միացման ժամանակը մոտավորապես 37 րոպե է։

Էլեկտրական աղեղով պողպատի արտադրությունը տնտեսապես կենսունակ է միայն լավ զարգացած ցանցով բավարար էլեկտրաէներգիա ունենալու դեպքում: Շատ վայրերում ջրաղացներն աշխատում են ոչ պիկ ժամերին, երբ կոմունալ ծառայություններն ունեն ավելցուկային արտադրական հզորություն, և մեկ մետրի գինը ցածր է:

Օպերացիա

Պողպատե աղեղային վառարանը պողպատը լցնում է փոքրիկ շերեփ մեքենայի մեջ: Մետաղական ջարդոնն առաքվում է ձուլարանի կողքին գտնվող խորշ: Ջարդոն սովորաբար լինում է երկու հիմնական տեսակի՝ ջարդոն (սպիտակ ապրանքներ, մեքենաներ և նմանատիպ նյութերից պատրաստված այլ իրեր.թեթև պողպատ) և ծանր հալվելը (մեծ սալեր և ճառագայթներ), ինչպես նաև որոշ ուղղակի կրճատված երկաթ (DRI) կամ խոզի երկաթ քիմիական հավասարակշռության համար: Առանձին վառարաններ հալեցնում են գրեթե 100% DRI:

Հաջորդ քայլը

Ջրոնը բեռնվում է մեծ դույլերի մեջ, որոնք կոչվում են զամբյուղներ, հիմքի համար կպչուն դռներով: Պետք է զգույշ լինել, որպեսզի ջարդոնը զամբյուղի մեջ լինի, որպեսզի ապահովվի վառարանի լավ աշխատանքը: Վերևում դրվում է ուժեղ հալոց, պաշտպանիչ շերտի թեթև շերտով, որի վրա ընկած է մեկ այլ մաս: Բոլորը բեռնելուց հետո պետք է ներկա լինեն ջեռոցում։ Այս պահին զամբյուղը կարող է շարժվել ջարդոնի նախատաքացուցիչի մեջ, որն օգտագործում է ձուլարանի տաք, անջատված գազերը էներգիան վերականգնելու համար՝ բարելավելով արդյունավետությունը:

Գերհոսք

Այնուհետև անոթը տանում են ձուլարան, բացում են վառարանի տանիքը և նյութը բարձում դրա մեջ։ Փոխանցումը օպերատորների համար ամենավտանգավոր գործառնություններից մեկն է։ Շատ պոտենցիալ էներգիա է ազատվում տոննաներով ընկնող մետաղից: Վառարանում գտնվող ցանկացած հեղուկ նյութ հաճախ վեր և դուրս է մղվում պինդ ջարդոնի և քսուքի միջոցով: Մետաղից փոշին բռնկվում է, եթե ջեռոցը տաք է, ինչի հետևանքով հրաբուխ է ժայթքում։

Որոշ կրկնակի պատյանով սարքերում գրությունը բեռնվում է երկրորդի մեջ, մինչ առաջինը հալվում է, և նախապես տաքացվում է ակտիվ մասի արտանետվող գազով: Մյուս գործողություններն են՝ շարունակական բեռնումը և ջերմաստիճանի հետ աշխատելը փոխակրիչ ժապավենի վրա, որն այնուհետև մետաղը բեռնաթափում է հենց վառարան: Այլ սարքերը կարող են բեռնվելտաք նյութ այլ գործողություններից։

Լարում

Լիցքավորումից հետո տանիքը թեքվում է վառարանի վրա և սկսում է հալվել: Էլեկտրոդները իջեցվում են մետաղի ջարդոնի վրա, ստեղծվում է աղեղ, այնուհետև դրանք տեղադրվում են այնպես, որ տարածվում են սարքի վերևի փշուր շերտի մեջ։ Այս գործողության համար ընտրված են ցածր լարումներ՝ տանիքը և պատերը չափազանց ջերմությունից և աղեղի վնասումից պաշտպանելու համար:

Երբ էլեկտրոդները հասնեն վառարանի հիմքում գտնվող ծանր հալվելուն, և ալիքները պաշտպանված են լամպով, լարումը կարող է մեծացնել և էլեկտրոդները մի փոքր բարձրացնել՝ երկարացնելով և ավելացնելով հալման հզորությունը: Սա թույլ է տալիս հալված լողավազանն ավելի արագ ձևավորվել՝ նվազեցնելով հպման ժամանակը:

Թթվածինը փչում է մետաղի ջարդոնի մեջ, այրվում կամ կտրում պողպատը, և լրացուցիչ քիմիական ջերմություն ապահովվում է պատի այրիչներով: Երկու գործընթացներն էլ արագացնում են նյութի հալումը։ Գերձայնային վարդակները թույլ են տալիս թթվածնի շիթերը ներթափանցել փրփրացող խարամի մեջ և հասնել հեղուկ բաղնիքի:

Կեղտերի օքսիդացում

Պողպատի արտադրության կարևոր մասն է խարամի ձևավորումը, որը լողում է հալած պողպատի մակերեսին: Այն սովորաբար կազմված է մետաղական օքսիդներից և նաև հանդես է գալիս որպես օքսիդացված կեղտեր հավաքելու վայր, որպես ջերմային ծածկ (կանգնեցնում է ջերմության ավելորդ կորուստը), ինչպես նաև օգնում է նվազեցնել հրակայուն երեսպատման էրոզիան:

Ածխածնային պողպատ արտադրող հիմնական հրակայուն նյութեր ունեցող վառարանների համար սովորական խարամ ձևավորողներն են կալցիումի օքսիդը (CaO կալցինացված տեսքովկրաքար) և մագնեզիում (MgO՝ դոլոմիտի և մագնեզիտի տեսքով): Այս նյութերը կա՛մ բեռնվում են ջարդոնով, կա՛մ փչում են վառարանի մեջ հալման ժամանակ:

Մյուս կարևոր բաղադրիչը երկաթի օքսիդն է, որը ձևավորվում է, երբ պողպատն այրվում է ներմուծված թթվածնով: Հետագայում, երբ տաքացվում է, ածխածինը (ածխի տեսքով) ներարկվում է այս շերտի մեջ՝ փոխազդելով երկաթի օքսիդի հետ՝ առաջացնելով մետաղ և ածխածնի օքսիդ։ Սա հանգեցնում է խարամի փրփրացմանը, ինչը հանգեցնում է ավելի մեծ ջերմային արդյունավետության: Ծածկույթը կանխում է վառարանի տանիքի և կողային պատերի վնասումը ճառագայթային ջերմությունից:

Կեղտերի այրում

Երբ մետաղի ջարդոնն ամբողջությամբ հալվի և հարթ լողավազան հասնի, մեկ այլ դույլ կարելի է բեռնել վառարանի մեջ: Երկրորդ լիցքավորումն ամբողջությամբ հալվելուց հետո կատարվում են զտման աշխատանքներ՝ ստուգելու և շտկելու պողպատի քիմիական բաղադրությունը և գերտաքացնելով հալոցքը սառեցման կետից բարձր՝ պատրաստվելով թակելու համար: Ներդրվում են ավելի շատ խարամ ձևավորողներ, և մեծ քանակությամբ թթվածին մտնում է լոգանք՝ այրելով այնպիսի կեղտեր, ինչպիսիք են սիլիցիումը, ծծումբը, ֆոսֆորը, ալյումինը, մանգանը և կալցիումը, և դրանց օքսիդները դուրս են բերում խարամի մեջ։

Ածխածնի հեռացումը տեղի է ունենում այն բանից հետո, երբ այս տարրերն առաջինը այրվեն, քանի որ դրանք ավելի նման են թթվածին: Մետաղները, որոնք ունեն ավելի ցածր մերձեցում, քան երկաթը, ինչպիսիք են նիկելը և պղինձը, չեն կարող հեռացվել օքսիդացման միջոցով և պետք է վերահսկվեն միայն քիմիայի միջոցով: Սա, օրինակ, ավելի վաղ նշված ուղղակի կրճատված երկաթի և չուգունի ներդրումն է։

Փրփուր խարամպահպանվում է ամբողջ ընթացքում և հաճախ հորդում է ջեռոցը, որպեսզի դռնից լցվի նախատեսված փոս: Ջերմաստիճանի չափումը և քիմիական ընտրությունը կատարվում են ավտոմատ նիզակների միջոցով։ Թթվածինն ու ածխածինը կարելի է մեխանիկորեն չափել հատուկ զոնդերով, որոնք ընկղմված են պողպատի մեջ։

Արտադրական առավելություններ

Օգտագործելով պողպատաձուլական աղեղային վառարանների կառավարման համակարգ՝ հնարավոր է պողպատ արտադրել 100% հումքից՝ մետաղի ջարդոնից։ Սա զգալիորեն նվազեցնում է նյութի արտադրության համար պահանջվող էներգիան՝ համեմատած հանքաքարից առաջնային արտադրության հետ:

Մյուս առավելությունը ճկունությունն է. չնայած պայթուցիկ վառարանները չեն կարող էականորեն տարբերվել և կարող են տարիներ շարունակ աշխատել, այն կարելի է արագ գործարկել և փակել: Սա թույլ է տալիս պողպատի գործարանին փոփոխել արտադրությունը՝ կախված պահանջարկից:

Տիպիկ աղեղային պողպատե վառարանը մինի գործարանի պողպատի աղբյուրն է, որը կարող է արտադրել բար կամ շերտավոր արտադրանք: Մինի ձուլարանները կարող են տեղակայվել պողպատի շուկաներին համեմատաբար մոտ, և տրանսպորտային պահանջները ավելի քիչ են, քան ինտեգրված գործարանի համար, որը սովորաբար գտնվում է ափին մոտ՝ բեռնափոխադրումների համար:

Arc Steel Furnace Device

Սխեմատիկ խաչմերուկը էլեկտրոդ է, որը բարձրացվում և իջեցվում է դարակաշարով և պինիոնով: Մակերեւույթը երեսպատված է հրակայուն աղյուսներով և ներքևի ծածկով։ Դուռը թույլ է տալիս մուտք գործել ինտերիերսարքի մասեր. Ջեռոցի մարմինը հենվում է ճոճվող թեւերի վրա, որպեսզի այն թեքվի՝ թակելու համար։