فرن القوس الكهربائي والبناء

و فرن القوس الكهربائي (EAF) هو فرن يتم فيه تسخين المواد بواسطة قوس كهربائي.تتراوح حجم أفران القوس الكهربائي الصناعي من وحدات صغيرة بسعة حوالي 1 طن (تستخدم في المسابك لإنتاج منتجات الحديد الزهر) إلى حوالي 400 طن لصناعة الصلب الثانوية. قدرة بضع عشرات فقط من الجرام. يمكن أن تصل أفران القوس الصناعي إلى درجات حرارة 1800 درجة مئوية (3300 درجة فهرنهايت) ، في حين أن الوحدات المختبرية يمكن أن تتجاوز 3000 درجة مئوية (5،400 درجة فهرنهايت).في فرن القوس الكهربائي ، تتعرض الشحنة (المادة التي تدخل الفرن المراد تسخينها ، ولا ينبغي الخلط بينها مع الشحنة الكهربائية) مباشرة إلى القوس ، ويختلف التيار من أطراف الفرن عبر الشحنة. أفران القوس الكهربائية تختلف من الأفران الحثية حيث يتم تسخين الشحنة بواسطة التيارات الدوامة.

بناء

تتكون أفران القوس الكهربائي لصناعة الفولاذ من وعاء ذو ​​حجم حراري ، عادة ما يكون مبردًا بالمياه ، مغطاة بسقف قابل للسحب من خلاله يدخل قطبي جرافيت واحد أو أكثر إلى الفرن. ينقسم الفرن بشكل رئيسي إلى ثلاثة أجزاء:

• القشرة الخارجية ، التي تتكون من جدران جانبية و "وعاء " الفولاذ السفلي ؛

• الموقد ، الذي يتكون من مواد حرارية مرتبة في وعاء أسفل ؛

• يمكن أن يكون السقف ، الذي يمكن أن يكون مبطنة حراريًا أو مبردًا بالمياه ، جزءًا من كرة أو مخروط مقطوع. كما يدعم السقف دلتا حراريًا في مركزه الذي يدخل من خلاله أقطاب الجرافيت.قد يكون الموقد كروي كروي ، أو في حالة أفران التنصت السفلية غريب الأطوار (انظر الشكل أدناه) ، يكون الموقد في شكل نصف بيضة. في مصهرات حديثة ، عادة ما يتم رفع الفرن من الأرض بحيث يتم تربيتها من الأرض وأواني الخبث يمكن نقلها بسهولة تحت نهايات الفرن. يتم فصلها عن بنية الفرن من حاملي الإلكترود والنظام الكهربائي ، بالإضافة إلى المنصة المائلة التي يجلس عليها الفرن. تكوينات Two ممكنة: الإلكترود مدعوم ومملة على السقف ، أو ثابت على منصة مرفوعة.يتم تشغيل الموقد الكهربائي النموذجي AC بواسطة إمدادات طاقة ثلاثية الطور ، وبالتالي يحتوي على ثلاثة أقطاب أقطاب. يتم تشكيل قوس بين مادة مشحونة والقطب ؛ يتم تسخين الشحن بواسطة التيار المتدفق عبر الشحنة والطاقة الإشعاعية التي تنتجها ARC. يتم رفع الأقطاب الكهربائية وتخفيضها تلقائيًا بواسطة نظام تحديد المواقع ، والذي يمكنه استخدام رافعات الرافعة الكهربائية أو الأسطوانات الهيدروليكية. يحافظ نظام التنظيم على تيار ثابت تقريبًا ومدخل طاقة أثناء ذوبان الشحن ، على الرغم يمكن للذراع الذي يحمل الأقطاب الكهربائية أن تحمل بوسًا شاقًا (يمكن أن يكون أنبوبًا نحاسيًا مجوفًا مبردًا بالماء يطعم التيار إلى حامل القطب) أو ذراعًا ساخنًا "حيث يحمل الذراع بأكمله التيار ، مما يزيد من الكفاءة. يمكن تصنيع الذراع الحراري من الفولاذ النحاسي المغطى بالنحاس أو الألومنيوم. الكابلات المبردة بالمياه تربط القنوات الحافلة أو أذرع الحافلة بالمحول بالقرب من الفرن. يتم تبريده بالماء من خلال مبادل حراري.

تم بناء الفرن على منصة منحدرة بحيث يمكن سكب الفولاذ المنصهر في حاوية أخرى للنقل. يسمى تشغيل الإمالة للفرن لسكب الصلب المنصهر "Tapping ". المواد الحرارية التي تم غسلها بعيدا عندما تم إمالة الفرن ، ولكن الأفران الحديثة غالبا ما يكون لها taphole غريب الأطوار (EBT) لتقليل النيتروجين الصلب المنصهر والخبث. -النر في "الأنف " من الموقد على شكل بيضة. عندما يكون مغلقًا ، يملأ الرمال الحرارية ، مثل أوليفين. من المحتمل أن تحتوي النباتات الحديثة على قذائف ومجموعة من الأقطاب الكهربائية التي يمكن نقلها بين الاثنين ؛ تسخن إحدى القذائف النفايات ، بينما يتم استخدام الآخر للذوبان. تحتوي الأفران القائمة على DC إلى ترتيب مماثل ، ولكن كل سكن له أقطاب ومجموعة من الإلكترونيات.عادة ما تظهر أفران AC نمطًا من البقع الساخنة والباردة حول محيط الموقد ، مع وجود البقع الباردة بين الأقطاب الكهربائية. تحتوي الأفران الحديثة الفولاذ أكثر متساوًا. يتم توفير الطاقة الكيميائية المعدلة عن طريق حقن الأكسجين والكربون في الفرن ؛ في الماضي ، تم ذلك مع الرماح (أنابيب الصلب الطري المجوف) في باب الخبث ، ولكن الآن يتم ذلك في الغالب بوحدات الحقن المثبتة على الحائط ، تجمع وحدة الحقن هذه بين موقد الوقود الأكسسي ونظام حقن الأكسجين أو الكربون في وحدة واحدة.

سيكون للفرن المتوسطة الحجم الحديثة لصناعة الفولاذ محول مصنّف بحوالي 60،000،000 فولت أمبير (60 mVa) ، مع جهد ثانوي يتراوح بين 400 و 900 فولت وتيار ثانوي يزيد عن 44000 أمبير. في نبات حديث. من المتوقع أن تنتج 80 طنًا من الصلب المنصهر في حوالي 50 دقيقة ، من الشحن بالخردة الباردة إلى الخروج من الفرن. في المقارنة ، فإن أفران الأكسجين الأساسية تبلغ قدرتها 150-300 طن لكل دفعة ، أو "الحرارة " ، ويمكن توليدها تسخين في 30-40 دقيقة. تختلف تفاصيل التصميم والتشغيل الفائقة على نطاق واسع اعتمادًا على المنتج النهائي والظروف المحلية ، بالإضافة إلى الأبحاث المستمرة لتحسين كفاءة الفرن. -من خلال الفرن الذي تديره شركة Tokyo Steel Corporation باليابان ، مع وزن الصنبور 420 طنًا وتغذيته بثمانية محولات 32 MVA ليصبح المجموع 256 MVA.