كثافة الطاقة من فرن القوس الكهربائي

إنتاج طن واحد من الصلب في فرن القوس الكهربائي يتطلب حوالي 400 كيلو واط في الساعة لكل طن قصير (1.44 جيجا جول) أو حوالي 440 كيلو واط في الساعة للطن (1.6 جم) ؛ يبلغ الحد الأدنى لنظرية الطاقة النظرية المطلوبة لذوبان طن واحد من الخردة 300 كيلو وات ساعة (1.09 GJ) (نقطة انصهار 1520 درجة مئوية (2،768 درجة فهرنهايت). الصلب المنصهر ، وحوالي 37 دقيقة من "وقت التنشيط " (الوقت الذي يتم فيه ذوبان الصلب بواسطة القوس). ، تعمل النباتات خلال ساعات خارج أوقات الذروة عندما يكون للمرافق سعة التوليد الزائدة وأسعار الكهرباء أقل. وهذا يقارن بشكل إيجابي مع استهلاك الطاقة العالمي المقدر لإنتاج الصلب حوالي 20 جم لكل طن [9] (1 جيجاول يساوي حوالي 270 كيلو وات في الساعة) جميع الطرق.

عملية

يتم نقل المعدن الخردة إلى سلة خردة تقع بجوار مصنع الصهر. يتم تقسيم خردة Steel عمومًا إلى درجتين رئيسيتين: أجسام (السلع البيضاء والسيارات والأشياء الأخرى المصنوعة من الصلب المقياس الخفيف) والذوبان الثقيل (ألواح كبيرة وعوارض فولاذية ) ، وبعض الحديد المنخفض المباشر للتوازن الكيميائي (DRI) أو الحديد الزهر. بعض الأفران تذوب ما يقرب من 100 ٪ DRI.يتم تحميل الخردة في براميل كبيرة تسمى السلال مع الباب "flip " في الأسفل. ارتقى على طبقة الخردة في السلة لضمان تشغيل فرن جيد ؛ يتم وضع الذوبان الثقيل أعلى طبقة رقيقة من الرقائق الواقية التي يتم وضع المزيد منها في الأعلى. يجب أن تكون هذه الطبقات موجودة في الفرن بعد الشحن. لتسخين الخردة واستعادة الطاقة ، وزيادة كفاءة النبات.

ثم يتم إحضار سلة الخردة إلى متجر Smelter ، ويتم رفع السقف من الفرن ، ويتم تحميل الخردة في السلة في الفرن. الشحن هو واحد من العمليات الأكثر خطورة لمشغلي أفران القوس الكهربائي. تصدر قدرا كبيرا من الطاقة المحتملة. غالبًا ما يتم تحريك أي معدن سائل في الفرن لأعلى وللخردة الصلبة ، وإذا كان الفرن ساخنًا ، يمكن إشعال الشحوم والغبار على الخردة ، مما تسبب في اندلاع كرة نارية. في بعض أفران القشرة المزدوجة ، في حين القشرة الأولى هي ذوبان ، يتم تحميل الخردة في القشرة الثانية ، والتي يتم تسخنها بغازات العادم من القشرة النشطة. يقع فوق الفرن الذي يمر من خلاله هواء العادم مباشرة. يمكن ملء الأفران الأخرى بالمعادن الساخنة (المصلية) من العمليات الأخرى.

بعد الشحن ، يتأرجح سقف الفرن إلى الخلف ويبدأ الانصهار. يتم تخفيض القطب على الخردة ، ويتم ضرب القوس ، ويتم ضبط القطب على طبقة الحطام أعلى الفرن. جزء من العملية لحماية السقف والجدران من ارتفاع درجة الحرارة وتلف القوس. مع تصل القطب إلى الذوبان الثقيل في الجزء السفلي من الفرن ويتم حماية القوس بواسطة الخردة ، ويمكن زيادة الجهد ورفع القطب قليلاً ، ويتم إطالةها القوس وقوة متزايدة للذوبان. يسمح هذا للتجمع المنصهر بالتكوين بشكل أسرع ، مما يقلل من وقت التنصت. يتم تفجير الأوكسجين في النفايات ، ويحترق أو قطع الفولاذ ، ويتم توفير الحرارة الكيميائية الإضافية بواسطة مواقد الوقود الأكسسي المثبتة على الحائط. كلتا العمليتين تسريع ذوبان الخردة. تمكن الفتحات الأسرع من الصوت من نفاثات الأكسجين من اختراق الخبث الرغوي والوصول إلى البركة السائلة.

جزء مهم من صناعة الصلب هو تكوين الخبث ، الذي يطفو على سطح الفولاذ المنصهر. عادةً ما تتكون الخبث من أكاسيد معدنية ويعمل كوجهة للشوائب المؤكسدة ، ويعمل كبطانية حرارية (توقف عن فقدان الحرارة المفرطة) ويساعد على تقليل تآكل البطانة الحرارية. للأفران التي تستخدم مواد حرارية أساسية ، بما في ذلك معظم أفران إنتاج الصلب الكربوني ، عوامل الخبث المعتادة هي أكسيد الكالسيوم (CAO ، في شكل Quicklime) وأكسيد المغنيسيوم (MGO ، في شكل الدولوميت والمغنيسيت). يتم تحميل عوامل الخبث هذه إما في الخردة أو تفجيرها في الفرن أثناء عملية الذوبان. مكون رئيسي آخر من خبث EAF هو أكسيد الحديد الذي ينتج عن احتراق الصلب مع الأكسجين المحقن. غاز أول أكسيد الكربون ، الذي يتسبب بعد ذلك في فقاعة الخبث ، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة الحرارية ، واستقرار أفضل للقوس والكفاءة الكهربائية. وتغطي طبقة الخبث القوس أيضًا ، مما يمنع الحرارة المشعة من إتلاف سقف الفرن والجدران الجانبية.بمجرد ذوبان شحن الخردة الأولي ، يمكن تحميل برميل آخر من الخردة في الفرن ، على الرغم من أن تطوير EAF يتحرك نحو تصميم رسوم واحدة. يمكن تكرار عملية شحن الخردة والانصهار عدة مرات حسب الضرورة لتحقيق الجاذبية الحرارية المطلوبة ، يعتمد عدد الرسوم على كثافة الخردة ؛ خردة الكثافة المنخفضة تعني المزيد من المصاريف. بعد ذوبان كل الخردة تمامًا ، يتم إجراء عملية تكريس لفحص وتصحيح التركيبة الكيميائية للصلب وللزينت الذوبان فوق نقطة التجمد في التحضير. يحرق الأكسجين في البركة المنصهرة عن الشوائب مثل السيليكون والكبريت والفوسفور والألومنيوم والمنغنيز والكالسيوم ويزيل أكاسيدها في الخبث المنصهر. بعد أن تحترق هذه العناصر أولاً ، تتم إزالة الكربون بسبب تقاربها الأكبر للأكسجين. لا يمكن إزالة المعادن مثل النيكل والنحاس ، والتي لها تقارب أقل للأكسجين من الحديد ، عن طريق الأكسدة ويجب التحكم فيها فقط عن طريق كيمياء النفايات ، مثل إدخال الحديد المباشر المذكور أعلاه. ، وغالبًا ما يفيض الفرن ويصيب في حفرة الخبث من باب الخبث. أخذ عينات من درجة الحرارة وأخذ العينات الكيميائية بواسطة مسدس الرش التلقائي. يمكن قياس الأكسجين والكربون تلقائيًا مع تحقيقات خاصة في الصلب ، ولكن بالنسبة لجميع العناصر الأخرى ، يتم تحليل عينة صغيرة من الصلب الصلب على مطياف انبعاث القوس. ، تتم إزالة الصلب المنصهر عن طريق إمالة الفرن إلى مغرفة مسخنة مسبقًا. للأفران الصلب الكربونية العادية ، بمجرد اكتشاف الخبث أثناء التنصت ، سيُميل الفرن بسرعة إلى جانب إزالة الخبث ، مما يقلل من الخبث إلى الغريد. بالنسبة لبعض الدرجات الفولاذية الخاصة ، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ ، يتم سكب الخبث أيضًا في محافظة ، حيث تتم معالجتها في أفران مغرفة لاستعادة عناصر السبائك القيمة. ، يضاف إلى الجزء العلوي من المغرفة لبدء بناء طبقة خبث جديدة. على نحو طيفي ، يتم ترك أطنان من الصلب المنصهر والخبث في الفرن لإنشاء "كعب ساخن " ، مما يساعد على تسخين الدفعة التالية من الخردة والسرعة إلى أعلى ذوبانها. شرائح جديدة ؛ بعد اكتمال النقر ، اضغط على الفم المملوء بالرمل. بالنسبة للفرن المتوسط ​​90 طن ، عادة ما تستغرق العملية بأكملها من حرارة إلى أخرى حوالي 60-70 دقيقة (استغلال الوقت).

بشكل دوري ، يتم إفراغ الفرن بالكامل من الصلب المنصهر والخبث للسماح بعمليات التفتيش الحرارية ، وإذا لزم الأمر ، فإن الإصلاحات الأكثر شمولاً تؤخذ المكونات المبردة على محمل الجد ، بدلاً من المخاوف الصريحة حول الانفجارات البخارية المحتملة. يمكن أن يؤدي التآكل الحراري المفرط إلى الانهيار ، ويمكن أن تتسرب المعدن السائل والخبث في قشرة الحراريات والفرن والهروب إلى المنطقة المحيطة.