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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Horno de arco eléctrico. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Toda la historia de la metalurgia es una lucha por la calidad, por mejorar las propiedades físicas y mecánicas del metal. Y la clave de la calidad es la pureza química. Incluso pequeñas impurezas de azufre, fósforo, arsénico, oxígeno y algunos otros elementos deterioran drásticamente la resistencia y ductilidad del metal, haciéndolo frágil y débil. Y todas estas impurezas se encuentran en el mineral y el coque, y es difícil deshacerse de ellas. Durante la fundición en un alto horno y en un horno de hogar abierto, la mayor parte de las impurezas se convierte en escoria y se elimina del metal junto con ella. Pero en los mismos altos hornos y hornos de hogar abierto, los elementos nocivos de los gases combustibles ingresan al metal y empeoran sus propiedades. La electrometalurgia, una rama de la metalurgia, donde los metales y sus aleaciones se obtienen utilizando corriente eléctrica, ayudó a obtener acero de muy alta calidad. Esto se aplica no solo a la fundición de acero, sino también a la electrólisis de metales y, en particular, de sus sales fundidas, por ejemplo, la extracción de aluminio a partir de alúmina fundida.
La mayor parte del acero aleado de alta calidad se funde en hornos de arco eléctrico. En los hornos de fundición de acero al arco y los hornos de arco de plasma (PAF), la generación de calor se produce debido a las transformaciones de energía de una descarga de arco que se produce en el aire, los vapores de los materiales fundidos, la atmósfera inerte u otro medio formador de plasma. Según la teoría general de los hornos M.A. Los hornos de arco de fundición de acero y de arco de plasma de Glinkov son hornos de intercambio de calor con un modo de operación de radiación, ya que las condiciones de energía en el límite de la zona de proceso, es decir, en el espejo del baño de metal líquido, crean arcos eléctricos y un refractario. revestimiento del espacio de trabajo. Además, en los hornos de fundición de acero de arco, los electrodos de grafito dispuestos verticalmente crean una radiación de arco no uniforme, que depende del diámetro de los electrodos y los parámetros del régimen eléctrico. De acuerdo con las condiciones de intercambio de calor entre los arcos, las superficies del espacio de trabajo y el metal, las características de los procesos electrofísicos de la descarga del arco, la energía y los modos eléctricos, toda la fusión en hornos de arco desde el comienzo de la fusión. de la carga de metal sólido al drenaje del metal líquido se divide en etapas. Antes del comienzo de la fusión, el techo en forma de cúpula del horno se levanta, se aparta y los materiales de carga se cargan en el horno desde arriba. Luego se coloca la bóveda, a través de los orificios se bajan los electrodos al horno y se enciende la corriente eléctrica. El hierro fundido, la chatarra y otros materiales comienzan a derretirse rápidamente. A medida que la carga se derrite, se forman "pozos" debajo de los electrodos y alrededor de ellos, en los que se bajan los arcos y los electrodos. Llega una etapa de combustión "cerrada" de arcos, cuando la fusión de la carga se produce en los "pozos", desde abajo por transferencia de calor por radiación a las capas cercanas de la carga y por conducción de calor a través de una capa de metal líquido acumulado. en el hogar. La carga fría en la periferia del espacio de trabajo se calienta debido al calor acumulado por el revestimiento: en este caso, la temperatura de la superficie interior del revestimiento se reduce intensamente de 1800-1900 a 900-1000 grados Kelvin. En esta etapa, el revestimiento del espacio de trabajo está protegido de la radiación del arco, por lo que es recomendable proporcionar la máxima potencia térmica, teniendo en cuenta las capacidades eléctricas del transformador del horno. Cuando la cantidad de metal líquido depositado es suficiente para llenar los vacíos entre las piezas de la carga sólida, los arcos eléctricos se abren y comienzan a arder sobre el espejo del baño de metal. Viene una etapa de quema "abierta" de arcos, durante la cual hay una intensa radiación directa de arcos en el revestimiento de las paredes y el techo, la temperatura sube a un ritmo de hasta 30-100 grados Kelvin por minuto y se vuelve necesario para reducir la potencia eléctrica de los arcos de acuerdo con la capacidad de recepción de calor del revestimiento.
Los hornos de fundición de acero de arco modernos funcionan con corriente trifásica de frecuencia industrial. En los hornos de arco directo, se producen arcos eléctricos entre cada uno de los tres electrodos de grafito verticales y el metal. La carcasa revestida de los hornos de fundición de acero de arco tiene forma esférica. El espacio de trabajo está cubierto desde arriba por una bóveda abovedada. La carcasa está montada sobre una estructura de soporte con un mecanismo hidráulico (raramente electromecánico) para inclinar el horno. Para drenar el metal, el horno se inclina entre 40 y 45 grados, para descargar la escoria, entre 10 y 15 grados (en la otra dirección). Los hornos están equipados con mecanismos para levantar y girar el techo, para cargar la carga por la parte superior del horno, mover los electrodos, para cambiar la longitud del arco y regular la potencia introducida en el horno. Los hornos grandes están equipados con dispositivos para la mezcla electromagnética de metal líquido en el baño, sistemas para eliminar y limpiar los gases del horno.
Los hornos domésticos de arco de plasma tienen una capacidad de 0,5 a 200 toneladas, potencia: de 0,63 a 125 MW. La fuerza actual en los hornos de arco de plasma potentes y superpotentes alcanza los 50-100 kA. Según el proceso tecnológico y la composición de las escorias, el revestimiento de los hornos de arco de plasma puede ser ácido (cuando se funde acero para piezas moldeadas) o básico (cuando se funde acero para lingotes).
Una característica del diseño de hornos de arco de plasma con revestimiento refractario como una variedad de hornos de baño de fundición calentados por arco es la presencia de una o más antorchas de plasma de CC y un electrodo inferior: ánodo. Para preservar la atmósfera del gas formador de plasma, el espacio de trabajo de los hornos de arco de plasma se sella con sellos especiales. La presencia de un electrodo enfriado por agua en el hogar crea el peligro de una explosión, por lo tanto, los hornos de arco de plasma están equipados con un sistema para monitorear el estado del revestimiento del hogar y una alarma que advierte sobre la fusión del electrodo del hogar con líquido. metal. Actualmente se encuentran en funcionamiento hornos de arco de plasma con revestimiento refractario con una capacidad de 0,25 a 30 toneladas y una potencia de 0,2 a 25 MW. La intensidad de corriente máxima es de hasta 10 kA. El período de fusión que consume más energía en los hornos de ambos tipos es el período de fusión. Es entonces cuando se consume hasta el 80 por ciento del consumo total de energía, y en su mayoría eléctrica. La duración de toda la fusión, dependiendo de la tecnología adoptada de fundición de acero eléctrico, puede ser de 1,5 a 5 horas. La eficiencia eléctrica de los hornos de fundición de acero de arco es de 0,9 a 0,95 y la eficiencia térmica es de 0,65 a 0,7. El consumo específico de energía eléctrica es de 450-700 kWh por tonelada, decreciendo debido a una disminución en la superficie específica de liberación de calor para hornos siderúrgicos de arco más grandes. Los hornos de arco de plasma tienen tasas más bajas. Su eficiencia eléctrica es de 0,75-0,85. Esto se debe a pérdidas adicionales en la antorcha de plasma durante la formación del arco de plasma. Térmica es de alrededor de 0,6, ya que hay pérdidas adicionales en los elementos estructurales refrigerados por agua. Una característica del funcionamiento de los hornos de arco de plasma es el uso de costosos gases formadores de plasma, lo que requiere la creación de sistemas de regeneración de gases de escape y el uso de mezclas de gases baratas tecnológicamente aceptables. Aparecieron nuevas oportunidades en la fabricación de acero en relación con el exitoso desarrollo a fines de la década de 1980 del sangrado inferior (a través del hogar) del metal de los hornos de arco eléctrico. Este sistema de escape se ha implementado con éxito, por ejemplo, en el taller de fundición de acero de la planta de Thyssenstahl en Oberhausen (Alemania), en los hornos de 100 toneladas de la planta de Friedriksferk (Dinamarca), etc. Pueden operar continuamente durante bastante tiempo, por ejemplo, unidades danesas de 100 toneladas, en una semana. Cuando se libera la masa fundida, que no dura más de 2 minutos, el horno se inclina solo 10-15 grados en lugar de 40-45 grados (para las unidades convencionales). Esto permite reemplazar casi por completo el revestimiento refractario de la pared con paneles enfriados por agua, reducir drásticamente el consumo de varios materiales y electricidad, y cortar completamente la escoria del horno. Por sorprendente que pueda parecer a primera vista, el moderno horno de acero de arco de ultra alta potencia tiene un consumo de energía específico significativamente menor que el horno de solera abierta. Además, el trabajo de un fabricante de acero de un horno de hogar abierto es mucho más duro y agotador que el trabajo de un convertidor o una fundición de acero eléctrica. Autor: Musskiy S.A.
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