Tungku baja busur: perangkat, prinsip operasi, daya, sistem kontrol

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Tungku busur baja (EAF) adalah perangkat yang memanaskan material dengan pembengkokan listrik.

Peralatan industri berukuran mulai dari unit kecil, kira-kira satu ton daya (digunakan dalam pengecoran untuk membuat produk besi tuang) hingga 400 unit per ton, digunakan untuk daur ulang baja. Tungku baja busur, EAF, yang digunakan di laboratorium penelitian mungkin memiliki kapasitas hanya beberapa puluh gram. Suhu perangkat industri dapat mencapai 1800 °C (3272 °F), sedangkan instalasi laboratorium melebihi 3000 °C (5432 °F).

Tungku baja busur (EAF) berbeda dari tungku induksi dalam hal bahan yang dimuat secara langsung dikenai pembengkokan listrik, dan arus di terminal melewati bahan yang diisi.

Konstruksi

Tungku baja busur digunakan untuk produksi baja dan terdiri dari bejana tahan api. Terutama dibagi menjadi tiga bagian:

• Shell, yang terdiri dari dinding samping dan baja bawahmangkuk.
• Pallet yang terbuat dari bahan tahan api.
• Atap. Itu bisa dengan lapisan tahan panas atau berpendingin air. Dan juga dibuat dalam bentuk bola atau kerucut terpotong (conical section). Atapnya juga menopang delta tahan api di tengahnya yang melaluinya satu atau lebih elektroda grafit masuk.

Item individu

Perapian mungkin memiliki bentuk setengah bola dan diperlukan dalam tungku eksentrik untuk mengetuk bagian bawah. Di bengkel modern, tungku baja busur - EAF 5 - sering ditinggikan di atas lantai dasar sehingga sendok dan pot terak dapat dengan mudah bermanuver di bawah kedua ujungnya. Terpisah dari struktur adalah penyangga elektroda dan sistem kelistrikan, serta platform miring tempat instrumen berdiri.

Alat unik

Tungku busur peleburan baja EAF 3 yang khas ditenagai oleh sumber tiga fase dan oleh karena itu memiliki tiga elektroda. Mereka memiliki bagian bulat dan, sebagai aturan, segmen dengan koneksi berulir, sehingga saat dipakai, elemen baru dapat ditambahkan.

Busur terbentuk antara bahan bermuatan dan elektroda. Muatan dipanaskan baik oleh arus yang melewatinya dan oleh energi radiasi yang dilepaskan oleh gelombang. Suhu mencapai sekitar 3000 °C (5000 °F), menyebabkan bagian bawah elektroda bersinar seperti lampu pijar ketika tungku busur beroperasi.

Elemen dinaikkan dan diturunkan secara otomatis oleh sistem penentuan posisi yang dapat menggunakan listrik apa punwinch, kerekan atau silinder hidrolik. Peraturan mempertahankan arus yang kira-kira konstan. Berapa konsumsi daya tungku busur? Itu dijaga konstan selama peleburan muatan, meskipun skrap dapat bergerak di bawah elektroda saat meleleh. Selongsong tiang yang menahan elemen dapat membawa busbar berat (yang dapat berupa tabung tembaga berongga berpendingin air yang memasok arus ke klem) atau "selongsong panas" di mana seluruh bagian atas membawa muatan, meningkatkan efisiensi.

Jenis yang terakhir dapat dibuat dari baja berlapis tembaga atau aluminium. Kabel besar berpendingin air menghubungkan busbar atau braket ke trafo yang terletak di sebelah oven. Alat serupa dipasang di gudang dan didinginkan dengan air.

Mengetuk dan operasi lainnya

Tungku busur baja EAF 50 dibangun di atas platform miring sehingga baja cair dapat dituangkan ke wadah lain untuk transportasi. Operasi memiringkan untuk mentransfer baja cair disebut penyadapan. Awalnya, semua kubah pembuatan baja dari tungku busur memiliki saluran pembuangan yang ditutupi dengan tahan api, yang terhapus ketika dimiringkan.

Namun seringkali peralatan modern memiliki katup outlet bawah eksentrik (EBT) untuk mengurangi masuknya nitrogen dan terak ke dalam baja cair. Oven ini memiliki bukaan yang membentang secara vertikal melalui perapian dan cangkang dan berada di luar pusat dalam "cerat" berbentuk telur yang sempit. Sudah terisipasir tahan api.

Tanaman modern mungkin memiliki dua cangkang dengan satu set elektroda yang dipasang di antaranya. Bagian pertama memanaskan skrap, sedangkan bagian lainnya digunakan untuk peleburan. Tungku DC lainnya memiliki tata letak yang serupa tetapi memiliki elektroda untuk setiap selubung dan satu set elektronik.

Elemen oksigen

Tungku AC biasanya memiliki pola titik panas dan dingin di sepanjang perimeter perapian, yang terletak di antara elektroda. Pada yang modern, pembakar oxy-fuel dipasang di dinding samping. Mereka digunakan untuk memasok energi kimia ke zona minus, yang membuat pemanasan baja lebih seragam. Daya tambahan disediakan dengan memasok oksigen dan karbon ke tungku. Secara historis ini dilakukan dengan tombak (tabung berongga baja ringan) di pintu terak, sekarang sebagian besar dilakukan dengan unit injeksi yang dipasang di dinding yang menggabungkan burner oxy-fuel dan sistem pasokan udara ke dalam satu wadah.

Tungku baja modern berukuran sedang memiliki transformator dengan tegangan sekitar 60.000.000 volt-amp (60 MVA), dengan tegangan sekunder 400 hingga 900 dan arus lebih dari 44.000. Di toko modern, tungku diharapkan menghasilkan 80 metrik ton baja cair dalam waktu sekitar 50 menit dari pemuatan skrap dingin hingga penyadapan.

Sebagai perbandingan, tungku oksigen dasar dapat memiliki kapasitas 150-300 ton per batch atau "memanaskan" dan menghasilkan panas selama 30-40 menit. Ada perbedaan besar dalam detail desain dan operasi tungku,tergantung pada produk akhir dan kondisi lokal, serta penelitian berkelanjutan untuk meningkatkan efisiensi pabrik.

Barang bekas terbesar (dalam hal berat tap dan peringkat transformator) adalah perangkat DC yang diekspor dari Jepang dengan berat tap 420 metrik ton dan disuplai oleh delapan transformator 32 MVA dengan daya total 256 MBA.

Dibutuhkan sekitar 400 kilowatt-jam untuk menghasilkan satu ton baja dalam tungku busur listrik, atau sekitar 440 kWh per metrik. Energi minimum teoritis yang dibutuhkan untuk melelehkan baja bekas adalah 300 kWh (titik lebur 1520 °C / 2768 °F). Oleh karena itu, EAF 300 ton dengan daya 300 MVA akan membutuhkan energi sekitar 132 MWh, dan waktu penyalaan sekitar 37 menit.

Produksi baja menggunakan busur listrik hanya layak secara ekonomi jika ada listrik yang cukup dengan jaringan yang berkembang dengan baik. Di banyak tempat, pabrik beroperasi selama jam tidak sibuk ketika utilitas memiliki kapasitas produksi berlebih dan harga per meter lebih rendah.

Operasi

Tungku baja busur menuangkan baja ke dalam mesin sendok kecil. Scrap metal dikirim ke ceruk yang terletak di sebelah smelter. Scrap cenderung datang dalam dua jenis utama: scrap (barang putih, mobil, dan barang-barang lain yang terbuat dari bahan serupa)baja ringan) dan lelehan berat (lempengan dan balok besar), serta beberapa besi reduksi langsung (DRI) atau besi kasar untuk keseimbangan kimia. Tungku terpisah melelehkan hampir 100% DRI.

Langkah selanjutnya

Sampah dimasukkan ke dalam ember besar, yang disebut keranjang, dengan pintu kulit kerang untuk alasnya. Perawatan harus dilakukan untuk memastikan bahwa skrap ada di keranjang untuk memastikan pengoperasian tungku yang baik. Lelehan yang kuat diletakkan di atas dengan lapisan tipis pelindung, di atasnya ada bagian lain. Semuanya harus ada di oven setelah dimuat. Pada saat ini, keranjang dapat dipindahkan ke pemanas awal bekas, yang menggunakan gas panas dari peleburan untuk memulihkan energi, meningkatkan efisiensi.

Meluap

Kemudian bejana dibawa ke bengkel peleburan, atap tungku dibuka dan material dimuat ke dalamnya. Mentransfer adalah salah satu operasi yang paling berbahaya bagi operator. Banyak energi potensial dilepaskan oleh berton-ton logam yang jatuh. Setiap materi cair di tungku sering didorong ke atas dan keluar oleh sisa padat dan lemak. Debu pada logam menyala jika oven panas, menyebabkan bola api meletus.

Dalam beberapa perangkat cangkang ganda, skrap dimuat ke dalam yang kedua saat yang pertama meleleh, dan dipanaskan sebelumnya oleh gas buang dari bagian aktif. Operasi lainnya adalah: pemuatan terus menerus dan bekerja dengan suhu pada ban berjalan, yang kemudian menurunkan logam ke dalam tungku itu sendiri. Perangkat lain dapat bootzat panas dari operasi lain.

Tegangan

Setelah pengisian, atap bersandar di atas tungku dan pencairan dimulai. Elektroda diturunkan ke besi tua, busur dibuat, dan kemudian diatur sehingga menyebar di lapisan remah di bagian atas perangkat. Tegangan rendah dipilih untuk operasi ini untuk melindungi atap dan dinding dari panas yang berlebihan dan kerusakan busur.

Setelah elektroda mencapai lelehan berat di dasar tungku dan gelombang dilindungi oleh linggis, tegangan dapat ditingkatkan dan elektroda sedikit dinaikkan, memperpanjang dan meningkatkan daya lelehan. Hal ini memungkinkan kolam cair untuk terbentuk lebih cepat, mengurangi waktu penyadapan.

Oksigen ditiup menjadi besi tua, membakar atau memotong baja, dan panas kimia tambahan disediakan oleh pembakar dinding. Kedua proses tersebut mempercepat pelelehan zat. Nozel supersonik memungkinkan jet oksigen menembus terak berbusa dan mencapai penangas cairan.

Oksidasi pengotor

Bagian penting dari pembuatan baja adalah pembentukan terak yang mengapung di permukaan baja cair. Biasanya terdiri dari oksida logam dan juga bertindak sebagai tempat untuk mengumpulkan kotoran teroksidasi, sebagai selimut termal (menghentikan kehilangan panas yang berlebihan) dan juga membantu mengurangi erosi pada lapisan tahan api.

Untuk tungku dengan refraktori dasar yang menghasilkan baja karbon, pembentuk terak yang umum adalah kalsium oksida (CaO dalam bentuk kalsinasikapur) dan magnesium (MgO dalam bentuk dolomit dan magnesit.). Zat-zat ini dimuat dengan skrap atau ditiup ke dalam tungku selama pencairan.

Komponen penting lainnya adalah oksida besi, yang terbentuk ketika baja dibakar dengan oksigen. Kemudian, ketika dipanaskan, karbon (dalam bentuk batubara) disuntikkan ke dalam lapisan ini, bereaksi dengan oksida besi untuk membentuk logam dan karbon monoksida. Hal ini menghasilkan pembusaan terak, menghasilkan efisiensi termal yang lebih besar. Lapisan tersebut mencegah kerusakan pada atap dan dinding samping oven dari panas radiasi.

Pembakaran kotoran

Setelah besi tua benar-benar meleleh dan kolam datar tercapai, ember lain dapat dimasukkan ke dalam tungku. Setelah muatan kedua benar-benar meleleh, operasi pemurnian dilakukan untuk memeriksa dan memperbaiki komposisi kimia baja dan memanaskan lelehan di atas titik bekunya sebagai persiapan untuk penyadapan. Lebih banyak pembentuk terak diperkenalkan dan banyak oksigen memasuki bak mandi, membakar kotoran seperti silikon, belerang, fosfor, aluminium, mangan dan kalsium, dan menghilangkan oksidanya menjadi terak.

Penghilangan karbon terjadi setelah elemen-elemen ini terbakar terlebih dahulu, karena lebih mirip dengan oksigen. Logam yang memiliki afinitas lebih rendah dari besi, seperti nikel dan tembaga, tidak dapat dihilangkan dengan oksidasi dan hanya dapat dikontrol melalui kimia. Ini, misalnya, pengenalan besi tereduksi langsung dan besi tuang yang disebutkan sebelumnya.

Terak berbusabertahan sepanjang dan sering meluap oven meluap dari pintu ke lubang yang dimaksudkan. Pengukuran suhu dan pemilihan bahan kimia dilakukan dengan menggunakan tombak otomatis. Oksigen dan karbon dapat diukur secara mekanis dengan probe khusus yang direndam dalam baja.

Manfaat Produksi

Menggunakan sistem kontrol untuk tungku peleburan baja, adalah mungkin untuk memproduksi baja dari 100% bahan mentah - besi tua. Ini sangat mengurangi energi yang dibutuhkan untuk memproduksi zat tersebut, dibandingkan dengan produksi primer dari bijih.

Manfaat lainnya adalah fleksibilitas: meskipun tanur sembur tidak dapat bervariasi secara signifikan dan dapat berjalan selama bertahun-tahun, tanur ini dapat dinyalakan dan dimatikan dengan cepat. Hal ini memungkinkan pabrik baja untuk memvariasikan produksi berdasarkan permintaan.

Tungku baja busur khas adalah sumber baja untuk pabrik mini, yang dapat menghasilkan produk batangan atau strip. Pabrik peleburan mini dapat berlokasi relatif dekat dengan pasar baja dan persyaratan transportasi lebih sedikit daripada pabrik terintegrasi, yang biasanya terletak dekat pantai untuk akses pengiriman.

Perangkat Tungku Baja Busur

Penampang skematik adalah elektroda yang dinaikkan dan diturunkan oleh penggerak rak dan pinion. Permukaannya dilapisi dengan batu bata tahan api dan lapisan bawah. Pintu memungkinkan akses ke interiorbagian dari perangkat. Badan oven bertumpu pada rocker arm sehingga dapat dimiringkan untuk mengetuk.