Elektrická oblouková pec je elektrická tavicí pec , která využívá tepelného účinku elektrického oblouku k tavení kovů a jiných materiálů.
Označení obloukové pece pro tavení oceli zpravidla obsahuje její kapacitu v tunách (například DSP-12). Rozsah pecí se pohybuje od 1 do 400 tun . Teplota v dřevotřískové desce může dosáhnout 1800 °C . Hlavními prvky obloukové pece pro tavení oceli (EAF) jsou: pracovní prostor včetně vany a horního prostoru nad vanou, mechanismus pro pohyb elektrod s držáky elektrod, elektrické zařízení a systém pro regulaci elektrických režimů. Pracovní prostor tvoří žáruvzdorná vyzdívka z cihelného zdiva a patek. Podšívka může být kyselá, zásaditá, neutrální. Je rozdělena do tří částí: klenba, stěny a pod. Vana je část pracovního prostoru, která obsahuje tekutou ocel a strusku. Horní prostor nad vanou je součástí pracovního prostoru, který je určen pro umístění počátečního objemu pevné (hrudkovité) vsázky a oddálení střechy pece od vany a elektrických oblouků. Držáky elektrod jsou součástí konstrukce mechanismu pohybu elektrod, určeného k upnutí a přidržení elektrod. Mohou být klešťového nebo klínového tvaru. Elektrické vybavení obloukové pece pro tavení oceli zahrnuje zařízení rozvodny pece, která zajišťuje napájení pecí, a zařízení, která dodává energii technologickým mechanismům pece: pohyb elektrod, otevírání a zavírání střechy, sklápění pece, atd.
Systém pro regulaci elektrických režimů obsahuje sadu nástrojů, které udržují požadované hodnoty proudu, napětí, výkonu. Základem tohoto systému je regulátor výkonu elektrického oblouku. Výkon elektrického oblouku je řízen softwarově adaptivním regulátorem, který pomocí pohonu pohybuje elektrodami ve vertikální rovině . Jsou známy elektrické obloukové regulátory s elektromechanickým pohonem, které se pro svou setrvačnost nedostaly do širokého rozšíření a jsou nyní téměř zcela nahrazeny elektrohydraulickými regulátory pohonu. Pohyb elektrody nahoru nebo dolů mění délku oblouku a velikost elektrických charakteristik: pohyb elektrody nahoru zvětšuje délku oblouku, což vede ke zvýšení napětí a poklesu proudu; při pohybu elektrody dolů se délka oblouku zmenšuje, což vede ke zvýšení proudu a poklesu napětí. Když se elektroda dotkne pevného náboje, dojde ke zkratu.
Principem regulace výkonu je regulace délky oblouku při zvolené napěťové úrovni transformátoru. Přepínání napěťových stupňů transformátoru se provádí z centralizovaného bodu. Je také praktikováno použití diferenčních regulátorů výkonu využívajících ve své struktuře tyristory. Implementují metodu řízení výkonu založenou na udržování konstantního poměru napětí k intenzitě proudu a využívají zpětnou vazbu na rychlost otáčení motoru pohonu elektrody [1] .
Dřevotřískové desky mají zpravidla samostatné napájení přes tzv. "pecní" transformátor připojený k vysokonapěťovému elektrickému vedení. Výkon transformátoru může dosáhnout 300 MVA. Jeho sekundární napětí se pohybuje od 50 do 300 V (u moderních pecí do 1200 V) a primární napětí od 6 do 35 kV (u vysokovýkonných pecí do 110 kV). Sekundární napětí je regulováno pomocí stupňového spínače, který zůstává funkční i v režimu tavení.
Tavení oceli se provádí v pracovním prostoru pece, který je shora ohraničen kupolovitou klenbou, zespodu a ze stran kulovým topeništěm a stěnami, jejichž plášť je vyzděn žáruvzdorným materiálem. materiál zevnitř. Odnímatelná střecha může být vyrobena ze žáruvzdorných cihel podepřených podpěrným prstencem nebo, stejně jako stěny pece, může být vyrobena z vodou chlazených panelů. Vodivé grafitové elektrody jsou do pracovního prostoru zavedeny třemi otvory symetricky umístěnými v oblouku, které se mohou pomocí speciálních mechanismů pohybovat nahoru a dolů. Pec je obvykle napájena třífázovým elektrickým proudem, existují i stejnosměrné pece. Moderní výkonná oblouková pec slouží především jako jednotka pro tavení vsázky a získávání tekutého polotovaru, který je dalším zpracováním uveden do požadovaného chemického složení.
Tavení zahrnuje několik fází: tavení, oxidační období, redukční období. Každý z režimů vyžaduje vyřešení otázky racionálního rozdělení výkonu na etapy procesu, které tvoří směrné tavné plány. V počátečním okamžiku tavení pevné vsázky není aplikován maximální výkon, aby se zabránilo tepelnému opotřebení výstelky, protože elektrody jsou otevřené. V důsledku vzniku elektrického oblouku v pevné náplni začíná pronikání vrtů. Elektrody sestupující do jamek jsou od výstelky odstíněny směsí, což umožňuje přepnutí do režimu maximálního výkonu. Po úplném roztavení vsázky se elektrody opět otevřou a aby se zabránilo tepelnému opotřebení výstelky, opět se sníží příkon. Hledání optimálních směrnic pro tavení je jedním z nejdůležitějších úkolů, protože má za cíl snížit náklady na procesní elektřinu.
Poprvé na světě možnost použití oblouku pro tavení kovů ukázal v roce 1803 V.V.Petrov . Petrov ukázal, že pomocí takového oblouku je možné kovy nejen roztavit, ale také je obnovit z oxidů zahřátím v přítomnosti uhlíkatých redukčních činidel. Navíc se mu podařilo získat svařování kovů elektrickým obloukem.
V roce 1810 provedl Humphry Davy experimentální demonstraci hoření oblouku. V roce 1853 se Pichon pokusil postavit elektrotepelnou pec. V letech 1878-79 získal Wilhelm Siemens patent na elektrickou obloukovou pec. V roce 1899 postavil Héru první přímočinnou obloukovou ocelovou pec .
Přestože se dřevotříska používala za druhé světové války k výrobě ocelových slitin, masově se rozšířila až po jejím skončení.
Tavení v EOP po prohlídce pece a opravě postižených úseků vyzdívky (výplň) začíná plněním vsázky . U moderních pecí se vsázka nakládá shora pomocí nakládací lopaty (koše). Pro ochranu ohniště před nárazy velkými kusy vsázky se na dno vany nakládá malý šrot. Pro časnou tvorbu strusky se do náplně zavádí vápno v množství 2-3 % hmotnosti kovové vsázky. Po dokončení plnění se elektrody spustí do pece, zapne se vysokonapěťový spínač a začíná období tavení. V této fázi může dojít k prasknutí elektrod (pokud je mezi elektrodou a vsázkou špatná vodivost, elektrický oblouk zmizí a elektroda se opře o nevodivý kus vsázky). Regulace výstupního výkonu se provádí změnou polohy elektrod (délky elektrického oblouku ) nebo napětí na elektrodách. Po době tavení se v peci vytvoří vrstva kovu a strusky . Struska je stahována struskovým odpichem (pracovní okénko) za neustálého přidávání struskotvorných činidel po celou dobu tavení, aby se z taveniny odstranil fosfor. Struska je napěněna materiály obsahujícími uhlík pro uzavření oblouků, pro lepší stahování a pro snížení kovového odpadu.
Vypouštění hotové oceli a strusky do ocelové pánve se provádí ocelovým výpustem a skluzem sklopením pracovního prostoru (případně, je-li pec vybavena spodním vývodem místo skluzu, tak přes něj). Pracovní okénko, uzavřené klapkou, je určeno k řízení postupu tavení (měření teploty kovu a odběr vzorků chemického složení kovu). Pracovní okénko lze také použít k dodávání struskotvorných a legovacích materiálů (v malých pecích). U moderních vysokovýkonných pecí se přívod struskotvorných materiálů při tavení provádí speciálním otvorem ve střeše podáváním dopravníku. Uhlíkaté materiály pro napěnění strusky se do pece přivádějí buď po částech střechou, nebo jsou vstřikovány vstřikovacími hořáky s proudem stlačeného vzduchu. Před a během odpichu se do pánve přidávají legovací a deoxidační činidla a při odřezávání pecní strusky se také přidávají struskotvorné materiály.
Využití elektrické energie (elektrického proudu), schopnost roztavit náboj (kovový šrot) téměř libovolného složení, přesné řízení teploty kovu a jeho chemického složení přimělo průmysl za druhé světové války k výrobě použít dřevotřískové desky z legované oceli, kvalitního odlitku a v důsledku toho i části zbraní a střeliva . Obloukové pece na tavení oceli dnes produkují různé třídy oceli a litiny a mohou být také zdrojem surovin (polotovary) pro ACP a CCM .
Vysoké lokální přehřátí pod elektrodami; obtížnost míchání a zprůměrování chemického složení oceli; značné množství zplodin hoření a hluku při provozu.
Hlavní úkoly automatizovaného řízení procesu tavení jsou:
Moderní pohledy na problematiku automatizovaného řízení procesů tavení elektrickým obloukem vycházejí z potřeby řešit dva problémy: vytvoření optimální struktury elektrických obloukových pecí jako elektrotechnologických komplexů a syntézu optimálního řízení fyzikálních a chemických procesů probíhajících v systém "tavenina - vyzdívka - struska - atmosféra".
| Pece | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Topení | |||||||||||
| Topení a vaření | |||||||||||
| kuchyně | |||||||||||
| Průmyslový |
| ||||||||||
| Hutnictví železa | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Obecné pojmy Černé kovy Slitina Železárny a ocelárny Hutní komplex Historie výroby a použití železa | ||||||||||||
| Základní procesy |
| |||||||||||
| Hlavní jednotky |
| |||||||||||
| Hlavní produkty a materiály |
| |||||||||||